超聲對受限撞擊流微觀混合性能的強化

杜 強, 陳律名, 曾宏偉, 陳冰冰

超聲對受限撞擊流微觀混合性能的強化

杜 強, 陳律名, 曾宏偉, 陳冰冰

(浙江工業大學 機械工程學院, 浙江 杭州 310023)

為了進一步提高受限撞擊流反應器內納米顆粒結晶性能，在反應器中引入超聲場來強化反應器內入射流撞擊區域上方“三角區域”流動與微觀混合過程。采用Villermaux-Dushman平行競爭反應體系對超聲強化的受限撞擊流反應器內微觀混合過程進行實驗研究，使用離集指數、微觀混合時間以及達姆科勒數對反應器內微觀混合性能進行表征。結果表明：低頻超聲場通過誘導超聲空化效應能有效地強化撞擊流反應器內微觀混合過程，低雷諾數時效果更為明顯。與未施加超聲相比，在超聲作用下離集指數減小10.9%～23.5%，微觀混合時間從0.000 16～0.000 43 s縮短至0.000 14～0.000 33 s。研究發現該反應器在所有工況下達姆科勒數均小于1，表明該化學反應由微觀混合過程主導。

撞擊流；超聲強化；微觀混合；離集指數

1 引 言

近年來，過程強化得到越來越多的重視，因此各國的學者通過對多種反應器進行開發研究，來強化傳遞過程。撞擊流反應器自問世以來，因具有良好的傳遞特性以及優異的混合效果，廣泛應用于混合[1]、液相萃取[2-3]、降解[4]、超細粉體和納米顆粒材料的制備[5-6]等工業過程，其中流動和混合對該型反應器中的沉淀和結晶有著重要的影響。

到目前為止，利用離集指數S表征反應器內部的微觀混合效果已被國內外學者廣泛認可。Liu等[7]、李友鳳等[8]、Chen等[9]分別通過Villermaux-Dushman平行競爭反應和計算流體動力學(CFD)對不同結構的受限撞擊流反應器內的微觀混合效率進行研究。……