搅拌反应器内多尺度湍流结构的研究

搅拌反应器广泛应用于许多工业过程，大部分搅拌反应器的操作处于完全湍流区。湍流流动由不同尺度的涡旋所构成，大尺度的宏观混合主要是由大尺度涡旋来完成，而小尺度的微观混合则是由小尺度的涡旋所决定。已有的数值模拟研究主要针对搅拌反应器内湍流流动的时均特性，对于不同时空尺度的湍流结构及其传递特性研究较少，不能很好地预测由宏观混合所决定的宏观传递特性（如湍流动能等）和由微观混合所主导的微观传递特性（如能量耗散速率等）及其对化学反应的影响。本项目在已有研究基础上，采用基于多尺度湍流理论的大涡模拟方法（LES）对搅拌反应器内的多尺度湍流结构进行数值模拟，并采用高速与常规PIV相结合的方法实验研究搅拌反应器内的多尺度湍流结构及其传递特性。从湍流理论出发，分析研究从宏观到微观的多尺度传递规律和混合机理，并建立相应的数学模型。本项目的研究结果可为传递和反应过程的强化提供理论依据，促进计算反应工程的发展。