小型受限撞擊流反應(yīng)器內(nèi)混合特征及激勵(lì)強(qiáng)化

杜柯江，李偉鋒，單志昊，劉海峰，王輔臣

?

小型受限撞擊流反應(yīng)器內(nèi)混合特征及激勵(lì)強(qiáng)化

杜柯江，李偉鋒，單志昊，劉海峰，王輔臣

（華東理工大學(xué)煤氣化及能源化工教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海煤氣化工程技術(shù)研究中心，上海200237）

利用平面激光誘導(dǎo)熒光技術(shù)（planar laser induced fluorescence，PLIF）研究了小型受限撞擊流反應(yīng)器（confined impinging jets reactor，CIJR）內(nèi)混合特征及激勵(lì)強(qiáng)化，射流入口Reynolds數(shù)范圍為75～150。研究結(jié)果表明，在受限撞擊流反應(yīng)器內(nèi)，由分離流模式向自持振蕩模式轉(zhuǎn)變過(guò)程中，兩股流體間的混合效果逐漸提升；當(dāng)流動(dòng)為分離流模式時(shí)，激勵(lì)能有效地強(qiáng)化兩股流體間的混合，而當(dāng)流動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)樽猿终袷幠Ｊ綍r(shí)，激勵(lì)對(duì)流體混合的影響較小。

混合；傳質(zhì)；流動(dòng)；激勵(lì)；小型撞擊流反應(yīng)器；平面激光誘導(dǎo)熒光技術(shù)

引 言

受限撞擊流反應(yīng)器和T型反應(yīng)器在快速混合工業(yè)過(guò)程中是最為典型的兩種小型反應(yīng)器，因其獨(dú)特的工藝特性和較大的應(yīng)用潛力，受到越來(lái)越多研究者的青睞，并廣泛應(yīng)用于聚合物注射快速成型、生物細(xì)胞破碎及納米微顆粒合成等領(lǐng)域[1]。

近30年來(lái)，眾多研究者利用可視化技術(shù)對(duì)受限撞擊流反應(yīng)器內(nèi)的流動(dòng)特征和混合過(guò)程進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)研究，劃分了反應(yīng)器內(nèi)的流動(dòng)模式，揭示了受限撞擊流反應(yīng)器的混合機(jī)理，考察了操作條件、流動(dòng)邊界和反應(yīng)器結(jié)構(gòu)尺寸等對(duì)混合過(guò)程的影響。文獻(xiàn)中的研究結(jié)果表明，當(dāng)<100時(shí)，受限撞擊流反應(yīng)器內(nèi)出現(xiàn)分離流模式，隨著Reynolds數(shù)的增加，流動(dòng)模式變得復(fù)雜，受限撞擊流逐漸轉(zhuǎn)變成自持振蕩模式[2-11]。Santos等[6]對(duì)100<<150的過(guò)渡流動(dòng)形態(tài)特征做了詳細(xì)的研究，發(fā)現(xiàn)兩種模式之間的轉(zhuǎn)變約在>120時(shí)出現(xiàn)。本課題組對(duì)Reynolds數(shù)為100～2000的工況做了進(jìn)一步研究，并對(duì)振蕩模式做了更為詳細(xì)的區(qū)分，當(dāng)>300時(shí)，自持振蕩模式轉(zhuǎn)化為無(wú)規(guī)則的振蕩模式[11]。

小型受限撞擊流反應(yīng)器在大多數(shù)實(shí)際混合過(guò)程應(yīng)用中，由于自身尺寸結(jié)構(gòu)較小，噴嘴入口的Reynolds數(shù)往往較小，一般低于100，流體處于分離流模式，混合效果較差。因此，如何提升低Reynolds數(shù)下流體間的混合效果成為了近期研究的難點(diǎn)。本課題組前期對(duì)激勵(lì)作用下的自由平面撞擊流和軸對(duì)稱(chēng)撞擊流進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)射流入口周期性的流量波動(dòng)會(huì)使撞擊面產(chǎn)生周期性的振蕩，這種振蕩可能對(duì)流體間的混合具有促進(jìn)作用[12-13]。Ito等[14]采用一種振動(dòng)技術(shù)作用于Y型微通道混合器內(nèi)的流體，有效地促進(jìn)了流體的混合。Ian等[15]通過(guò)實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬驗(yàn)證了T型混合器中周期性脈動(dòng)的流體能夠強(qiáng)化混合。Icardi等[16]利用microPIV對(duì)受擾動(dòng)作用的受限撞擊流反應(yīng)器進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，指出外部擾動(dòng)會(huì)使內(nèi)部流場(chǎng)變得紊亂，并在直接數(shù)值模擬（DNS）中引入類(lèi)似的小擾動(dòng)進(jìn)行了分析。

到目前為止，對(duì)受限撞擊流反應(yīng)器的研究多集中在其內(nèi)部流動(dòng)模式的劃分及其混合過(guò)程的描述上，而由外部主動(dòng)式施加激勵(lì)強(qiáng)化低Reynolds數(shù)下流體間混合的研究鮮有文獻(xiàn)報(bào)道。因此，本文利用平面激光誘導(dǎo)熒光技術(shù)對(duì)小型受限撞擊流反應(yīng)器內(nèi)的混合特征及激勵(lì)強(qiáng)化進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，一方面進(jìn)一步揭示受限撞擊流反應(yīng)器的混合機(jī)理，另一方面為強(qiáng)化低Reynolds數(shù)下流體的混合提供一種有效方法。

1 實(shí)驗(yàn)方法

1.1 實(shí)驗(yàn)流程

實(shí)驗(yàn)流程如圖1(a)所示，初始濃度為0.15 mg·L-1的羅丹明6G（示蹤劑）溶液stream A經(jīng)流量計(jì)計(jì)量后噴入受限撞擊流反應(yīng)器（具體結(jié)構(gòu)尺寸如圖2所示）中，與另一股無(wú)示蹤劑的水流stream B相撞形成撞擊流，在反應(yīng)器內(nèi)相互混合。混合溶液中示蹤劑在波長(zhǎng)為532 nm的激光激發(fā)下發(fā)射波長(zhǎng)為560 nm的熒光，射入裝有濾光片的CCD相機(jī)。數(shù)碼信號(hào)經(jīng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)處理輸入計(jì)算機(jī)，可實(shí)時(shí)顯示出動(dòng)態(tài)灰度流場(chǎng)圖。由于捕獲圖像的灰度值與溶液中的濃度值呈線(xiàn)性關(guān)系，因此利用DANTEC公司的商業(yè)Dynamic Studio軟件可將流場(chǎng)灰度圖轉(zhuǎn)換為示蹤劑濃度分布圖。

本實(shí)驗(yàn)中的流體介質(zhì)為水，實(shí)驗(yàn)溫度為（20±5）℃。圖1(a)中水泵為L(zhǎng)XHES公司生產(chǎn)的LX-102型靜音水泵，最大流量為166 ml·s-1；流量計(jì)為余姚儀表有限公司生產(chǎn)的LZB-2和LZB-3型小量程精密轉(zhuǎn)子流量計(jì)，其測(cè)量范圍分別為0.0067～0.067 ml·s-1和0.042～0.42 ml·s-1，基本誤差小于4%。為了減小圓柱形有機(jī)玻璃對(duì)激光的折射作用，在加工時(shí)反應(yīng)器外部采用了整體方形結(jié)構(gòu)，如圖1（b）所示。采用DANTEC公司生產(chǎn)的Nd：YAG連續(xù)固體激光器發(fā)射激光，經(jīng)過(guò)片光鏡后形成厚度為0.5 mm的平面激光源。CCD相機(jī)鏡頭前裝有濾光片，可以濾掉高強(qiáng)度的綠光，只捕獲橙色熒光。相機(jī)的分辨率為1392×1040 pixel，測(cè)量的空間分辨率為40～60mm，采樣頻率為10 Hz。

激勵(lì)由圖1中的激勵(lì)裝置產(chǎn)生，電磁閥（電磁閥響應(yīng)時(shí)間小于5 ms）周期性開(kāi)啟和閉合形成周期性脈動(dòng)水流stream C加入stream B后，從噴嘴中噴出。激勵(lì)流量調(diào)節(jié)方法如圖3所示，激勵(lì)頻率（即電磁閥開(kāi)閉頻率）通過(guò)OMRON公司生產(chǎn)的H5CX-L8D型計(jì)時(shí)器設(shè)定，激勵(lì)振幅通過(guò)調(diào)節(jié)stream C的體積流量C相對(duì)stream B的體積流量B的百分比確定，定義如下

實(shí)驗(yàn)中，stream A的體積流量A固定，通過(guò)調(diào)節(jié)stream B的體積流量B=A來(lái)確定噴嘴入口射流Reynolds數(shù)，定義如下

式中，A為噴嘴入口射流stream A的體積流量，為噴嘴直徑，和分別為水20℃時(shí)的密度和動(dòng)力學(xué)黏度。因?yàn)樵谒惺聚檮┑暮枯^少，所以可以用水的物性參數(shù)代替示蹤劑溶液的物性參數(shù)。本文實(shí)驗(yàn)工況的具體參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 實(shí)驗(yàn)工況
Table 1 Experimental parameters

1.2 實(shí)驗(yàn)標(biāo)定和定量分析

配制濃度分別為0、0.03、0.05、0.1、0.15、0.2 mg·L-1的羅丹明6G標(biāo)準(zhǔn)溶液，調(diào)節(jié)激光器、CCD相機(jī)及反應(yīng)器到合適位置，并保持CCD相機(jī)的焦距及曝光度不變。然后依次將標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度由低到高注入反應(yīng)器滿(mǎn)溢后進(jìn)行標(biāo)定。取每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)溶液灰度圖150張，進(jìn)行時(shí)均處理，并做灰度值標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算，結(jié)果顯示其值均小于5%，符合實(shí)驗(yàn)要求，濃度分布均勻。標(biāo)定曲線(xiàn)如圖4所示，橫坐標(biāo)為羅丹明6G溶液的濃度，縱坐標(biāo)為熒光強(qiáng)度，在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)，熒光強(qiáng)度與羅丹明6G溶液的濃度呈線(xiàn)性關(guān)系。

本文利用分隔強(qiáng)度（intensity of segregation, IOS）和混合質(zhì)量（mixing quality,）定量地描述流體的混合效果[17-18]，定義為

(4)

(5)

式中，C為示蹤劑在溶液中的濃度，為C的平均值，C′為C相對(duì)平均值的波動(dòng)，為C方差，M為混合質(zhì)量，Mfree為無(wú)激勵(lì)的混合質(zhì)量，Mexcitation為激勵(lì)的混合質(zhì)量，f為相對(duì)混合系數(shù)。IOS為一定空間尺度下混合物中不同組分之間的分隔強(qiáng)度，當(dāng)兩股流體完全隔離時(shí)，IOS=1，當(dāng)流體均勻混合時(shí)，IOS=0，其他混合程度下，IOS值介于0與1之間，即IOS值越小，兩股流體的混合效果越好。特別地，當(dāng)IOS<0.05時(shí)，體系達(dá)到了95%以上的均勻混合，可粗略地認(rèn)為兩流體已經(jīng)完全混合。圖5為位置特征圖，圖片為無(wú)激勵(lì)時(shí)，Re=150的瞬時(shí)偽彩圖。通過(guò)分析不同截面的IOS值就能定量地表征不同位置截面的混合程度。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 無(wú)激勵(lì)時(shí)受限撞擊流反應(yīng)器內(nèi)的混合特征

首先考察無(wú)激勵(lì)時(shí)受限撞擊流反應(yīng)器內(nèi)的混合特征，圖6為無(wú)激勵(lì)時(shí)不同Reynolds數(shù)下受限撞擊流反應(yīng)器內(nèi)示蹤劑濃度分布（=0平面）。當(dāng)=75時(shí)，受限撞擊流反應(yīng)器內(nèi)出現(xiàn)分離流模式，此時(shí)兩股流體僅在撞擊面上發(fā)生因濃度差引起的分子擴(kuò)散的靜態(tài)微觀混合，混合效果較差。隨著噴嘴射流入口Reynolds數(shù)的增大，受限撞擊流反應(yīng)器內(nèi)的流動(dòng)模式開(kāi)始出現(xiàn)變化，當(dāng)=100時(shí)，撞擊面的中心區(qū)域仍為分離流模式，而撞擊面邊緣出現(xiàn)微小的擾動(dòng)，混合效果較=75時(shí)有所提升，但整個(gè)流場(chǎng)的混合效果仍然較差。當(dāng)Reynolds數(shù)增大至150時(shí)，受限撞擊流反應(yīng)器內(nèi)流動(dòng)模式已轉(zhuǎn)變?yōu)樽猿终袷幠Ｊ絒11]，撞擊面發(fā)生劇烈的拉伸與卷吸，促進(jìn)了流體間的傳質(zhì)與混合，反應(yīng)器出口處濃度分布均勻。以上結(jié)果說(shuō)明Reynolds數(shù)增大引起的流動(dòng)模式轉(zhuǎn)變能顯著提升流體的混合效果，同時(shí)也表明撞擊流為分離流模式時(shí)，流體間的混合效果不好。

2.2 激勵(lì)作用下受限撞擊流反應(yīng)器內(nèi)的混合特征

圖7列出了=75、=20%時(shí)不同激勵(lì)頻率下受限撞擊流反應(yīng)器內(nèi)示蹤劑濃度分布（=0平面）。可視化實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，激勵(lì)能誘導(dǎo)撞擊面周期性的軸向振蕩(如圖8所示，為撞擊駐點(diǎn)在時(shí)刻在軸上的位置點(diǎn)，為反應(yīng)器內(nèi)徑)，進(jìn)而誘導(dǎo)撞擊面發(fā)生周期性的偏斜振蕩，最終誘導(dǎo)撞擊面上周期性地生成旋渦，促進(jìn)了兩股流體的混合。

但是隨著激勵(lì)頻率增大，撞擊面軸向振蕩的振幅變小，撞擊面上生成旋渦的尺度也隨之減小，當(dāng)>2.5 Hz時(shí)振蕩和旋渦逐漸消失。這符合本課題組之前研究[19]推導(dǎo)出的半經(jīng)驗(yàn)公式/(0)=(1/)的結(jié)論。由該公式可知，撞擊面的振幅與激勵(lì)頻率呈反比關(guān)系，也即當(dāng)噴嘴入口初速度和激勵(lì)振幅一定時(shí)，激勵(lì)頻率越大，撞擊面的振幅也會(huì)越小。因而同一Reynolds數(shù)下，=20%時(shí)，隨著激勵(lì)頻率的增大，激勵(lì)對(duì)撞擊流的作用逐漸減弱。

2.3 受限撞擊流反應(yīng)器內(nèi)混合過(guò)程的定量表征

圖9為無(wú)激勵(lì)時(shí)受限撞擊流反應(yīng)器內(nèi)不同/截面的IOS值。從圖中可以看出，隨著/的增大，不同Reynolds數(shù)的IOS值均不斷變小。而在=100，/=0.25處，其IOS值出現(xiàn)先減小后增大的變化，是由于在此工況下，/=0.25截面位置處形成了大尺度卷吸旋渦，對(duì)流體間的混合有一定的提升作用，其IOS值也隨之減小。但是這種宏觀大尺度結(jié)構(gòu)的形成對(duì)流體間混合的提升作用也是有限的，因?yàn)樗小?00的工況，/截面上的IOS值都大于0.2，遠(yuǎn)沒(méi)達(dá)到完全混合95%要求，這也充分驗(yàn)證了分離流模式流體的混合效果較差。可是當(dāng)=150，/≥0.5時(shí)，IOS值小于0.05，滿(mǎn)足完全混合95%要求，說(shuō)明撞擊面的自持振蕩可以極大地強(qiáng)化流體間的混合。所以隨著Reynolds數(shù)的增大，不同截面的IOS值都隨之減小，特別是Reynolds數(shù)從100到150時(shí)，IOS值急劇降低。

由圖7可知，激勵(lì)對(duì)受限撞擊流反應(yīng)器內(nèi)的混合過(guò)程具有明顯的促進(jìn)作用，不僅使撞擊面出現(xiàn)周期性的振蕩現(xiàn)象，也使流體的濃度分布更加均勻。為了定量考察激勵(lì)對(duì)受限撞擊流反應(yīng)器內(nèi)混合過(guò)程的影響，對(duì)=20%時(shí)不同Reynolds數(shù)下反應(yīng)器出口/=1.5截面處的IOS值隨激勵(lì)頻率的變化做了分析，結(jié)果如圖10所示。隨著激勵(lì)頻率的增大，IOS值呈現(xiàn)先急劇增大后趨于平緩不變的變化趨勢(shì)，且拐點(diǎn)都出現(xiàn)在激勵(lì)頻率=2.5 Hz時(shí)。可見(jiàn)，IOS值隨的變化趨勢(shì)與實(shí)驗(yàn)中觀察到的撞擊面振幅隨激勵(lì)頻率增大而減小的現(xiàn)象相互吻合。而對(duì)比圖9中/=1.5截面處的IOS值可知，當(dāng)=75，100時(shí)，激勵(lì)作用下的IOS值較無(wú)激勵(lì)時(shí)的IOS值都明顯減小，當(dāng)=150時(shí)，激勵(lì)作用下的IOS值對(duì)比無(wú)激勵(lì)作用時(shí)變化不大。說(shuō)明流動(dòng)為分離流模式時(shí)，激勵(lì)使流體間的混合效果明顯改善，而對(duì)處于自持振蕩模式的撞擊流影響較小。這是因?yàn)樽猿终袷幨鞘芟拮矒袅鞴逃械模谳^低激勵(lì)振幅下，外界的擾動(dòng)難以對(duì)其產(chǎn)生影響。而分離流模式流體的混合效果本就較差，激勵(lì)誘導(dǎo)撞擊面發(fā)生周期性振蕩，促進(jìn)了湍動(dòng)小尺度結(jié)構(gòu)的生成，加劇了兩股流體間的相互卷吸，從而強(qiáng)化了撞擊流的混合。

為了進(jìn)一步定量考察激勵(lì)提升混合效果的程度，對(duì)相對(duì)混合系數(shù)進(jìn)行分析。圖11是不同Reynolds數(shù)下反應(yīng)器出口/=1.5截面處的相對(duì)混合系數(shù)隨激勵(lì)頻率的變化。當(dāng)=75，100時(shí)，同一激勵(lì)振幅下，激勵(lì)頻率越小，激勵(lì)對(duì)流體混合的強(qiáng)化作用越強(qiáng)。到=150時(shí)，值在1附近，激勵(lì)對(duì)流體的混合效果影響不明顯。這說(shuō)明對(duì)于受限撞擊流反應(yīng)器內(nèi)的混合過(guò)程，激勵(lì)對(duì)混合效果較差的分離流模式有效，對(duì)自持振蕩模式的影響較小。

一般地，在小型受限撞擊流反應(yīng)器的實(shí)際應(yīng)用中，流體介質(zhì)的黏度較高，噴嘴直徑小，導(dǎo)致入口的Reynolds數(shù)偏低。如果反應(yīng)器內(nèi)出現(xiàn)分離流模式時(shí)，本文的激勵(lì)方法能有效地誘導(dǎo)撞擊面發(fā)生周期性的振蕩，促進(jìn)流體之間相互卷吸，加劇流體的質(zhì)量傳遞，達(dá)到很好的混合效果。此方法對(duì)強(qiáng)化小型受限撞擊流反應(yīng)器的混合過(guò)程具有重要的借鑒價(jià)值。

3 結(jié) 論

本文采用平面激光誘導(dǎo)熒光技術(shù)對(duì)小型受限撞擊流反應(yīng)器內(nèi)的混合特征及激勵(lì)強(qiáng)化進(jìn)行了可視化實(shí)驗(yàn)研究，得出以下結(jié)論。

（1）在無(wú)激勵(lì)時(shí)，受限撞擊流反應(yīng)器內(nèi)處于分離流模式時(shí)，兩股流體間的混合效果較差。而轉(zhuǎn)變?yōu)樽猿终袷幠Ｊ綍r(shí)，兩股流體間的混合效果顯著提升，反應(yīng)器出口達(dá)到完全混合的程度。說(shuō)明Reynolds數(shù)是影響流體混合的重要因素。

（2）當(dāng)流動(dòng)為分離流模式時(shí)，激勵(lì)能夠較好地改善流體的混合效果，而對(duì)處于自持振蕩模式流體的混合效果的影響較小。

（3）本文為強(qiáng)化小型反應(yīng)器內(nèi)流體間的混合效果提供一種有效方法，研究結(jié)果也能為小型受限撞擊流反應(yīng)器的設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)優(yōu)化和工業(yè)方法提供理論指導(dǎo)。

符 號(hào) 說(shuō) 明

References

[1] Tamir A. Impinging-Stream Reactors: Fundamentals and Applications [M]. Amsterdam: Elsevier, 1994.

[2] Santos R J, Teixeira A M, Lopes J C R. Study of mixing and chemical reaction in RIM [J]., 2005, 60(8/9): 2381-2398.

[3] Devahastin S, Mujumdar A S. A numerical study of flow and mixing characteristics of laminar confined impinging streams [J]., 2002, 85(2/3): 215-223.

[4] Mahajan A J, Kirwan D J. Micromixng effects in a two-impinging-jets precipitator [J]., 1996, 42(7): 1801-1814.

[5] Tucker C L, Suh N P. Mixing for reaction injection molding (Ⅰ): Impingement mixing of liquids [J]., 1980, 20(13): 875-886.

[6] Santos R J, Erkoc E, Dias M M, Teixeira A M, Lopes J C B. Hydrodynamics of the mixing chamber in RIM: PIV flow-field characterization [J]., 2008, 54(5): 1153-1163.

[7] Santos R J, Erkoc E, Dias M M, Lopes J C B. Dynamic behavior of the flow field in a RIM machine mixing chamber [J]., 2009, 55(6): 1338-1351.

[8] Erkoc E, Santos R J, Nunes M I, Dias M M, Lopes J C B. Mixing dynamics control in RIM machines [J]., 2007, 62(18/19/20): 5276-5281.

[9] Qiu S X, Xu P, Qiao X W, Mujumdar S Arun. Flow and mixing characteristics of pulsed confined opposed jets in turbulent flow regime [J]., 2013, 49(2): 277-284.

[10] Krupa K, Nunes M I, Santos R J, Bourne J R. Characterization of micromixing in T-jet mixers [J]., 2014, 111: 48-55.

[11] Li W F, Du K J, Yu G S, Liu H F, Wang F C. Experimental study of flow regimes in three-dimensional confined impinging jets reactor [J]., 2014, 60(8): 3033-3045.

[12] Li W F, Huang G F, Tu G Y, Liu H F, Wang F C. Experimental study of oscillation of axisymmetric turbulent opposed jets with modulated airflow [J]., 2013, 59(12): 4828-4838.

[13] Li W F, Huang G F, Tu G Y, Liu H F, Wang F C. Experimental study of planar opposed jets with acoustic excitation [J]., 2013, 25(1): 014108-014123.

[14] Ito Y, Komori S. A vibration technique for promoting liquid mixing and reaction in a microchannel [J]., 2006, 52: 3011-3017.

[15] Ian G, Nadine A. Enhancement of microfluidic mixing using time pulsing [J]., 2003, 3: 114-120.

[16] Icardi M, Gavi E, Marchisio D L, Barresi A A, Olsen M G, Fox R O, Lakehal D. Investigation of the flow field in a three-dimensional confined impinging jets reactor by means of microPIV and DNS [J]., 2011, 166(1): 294-305.

[17] Danckwerts P V. The definition and measurement of some characteristics of mixtures [J]., 1952, 3: 279-296.

[18] Marko H, Michael S, Norbert R. Experimental investigation of liquid-liquid mixing in T-shaped micro-mixers using μ-LIF and μ-PIV [J]., 2006, 61(9): 2968-2976.

[19] Li W F, Qian W W, Yu G S, Liu H F, Wang F C. Experimental study of oscillation behaviors in confined impinging jets reactor under excitation [J]., 2015, 61(1): 333-341.

Mixing characteristics and enhancement of excitation in mini confined impinging jets reactor

DU Kejiang, LI Weifeng, SHAN Zhihao, LIU Haifeng, WANG Fuchen

(Key Laboratory of Coal Gasification and Energy Chemical Engineering of Ministry of Education, East China University of Science and Technology, Shanghai 200237, China)

An experimental study is undertaken on liquid mixing process in mini confined impinging jets reactor (CIJR) with excitation by using planar laser induced fluorescence (PLIF) technique quantitatively, and the jet inlet Reynolds number is in the range of 75 to 150. The results show that the mixing effect of two fluids significantly increases during the segregated steady flow translates to the dynamic chaotic flow regime in CIJR. The excitation affects the mixing process in CIJR and the mixing performance is enhanced in the segregated flow regime. However, the excitation has no significant influence on the mixing for the flow in the oscillation regime.

mixing；mass transfer；flow；excitation；mini CIJR；planar laser induced fluorescence

10.11949/j.issn.0438-1157.20141811

TQ 021.1

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（91434130）。

2014-12-08.

LI Weifeng, liweif@ecust.edu.cn

supported by the National Natural Science Foundation of China (91434130).

A

0438—1157（2015）07—2395—07

2014-12-08收到初稿，2015-03-16收到修改稿。

聯(lián)系人：李偉鋒。第一作者：杜柯江（1989—），男，碩士研究生。