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混合—反应过程的理论与实验研究

陈建峰  
【摘要】:混合-反应过程在工业上占有极重要的地位,但人们对该过程机理的认识还相当不完善,尤其是微尺度(分子尺度)上的机理,更鲜为人知,鉴于这种状况,作者将流体力学理论、化学反应工程的基本原理及先进的光学技术有机地结合起采,从微观角度出发,对其进行了深入而全面的理论研究和实验研究,探索到了一些新的东西,并提出了新的概念和见解,深化了对该过程的机理认识。具体完成了下述工作: 1.首次开发成功用于观察细观及微观混合过程的微元变形历程的新颖方法——高速频闪显微摄影法,并建立了相应的摄影实验装置,其空间分辨率高达6.7μm,时间分辨率达8μs。采用该装置首次拍到了湍流微观混合过程的珍贵的照相图片,为微观混合机理的研究提供了重要的感性知识和坚实的物理基础。并据此得出:湍流混合中,微元体的细观结构(尺度≤λ_K)以较开放的片状结构为主,细观变形则以随机的伸长弯曲变形为主。同时还归结出:细观及微观混合由三个步骤组成:(1)惯性对流域中的湍流分散过程,(2)粘性对流域中的微元伸长变形过程,(3)粘性扩散域中的分子扩散过程。此外,通过比较还得出:因受湍流宏观混合的制约作用,搅拌釜中的微观混合状况优于营流中的微观混合状况。 2.基于上述拍摄所得的感性认识,并结合有关的湍流理论及化学反应工程知识,提出了对(微观)混合机理的描述,进而首次建立了一个包括微观混合、细观湍流分散及宏观返混等三种不同尺度上的混合在内的、既可用于单相反应又能用于多相反应的普适化的混合反应理论模型。 3.建立了一套考察混合-反应结晶过程的实验装置。通过全面的实


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