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流體力學(xué)對(duì)化學(xué)工程的貢獻(xiàn)探究—算流體力學(xué)在化學(xué)工程的應(yīng)用探究摘要：四號(hào)加粗*要是對(duì)文章的一個(gè)總結(jié),一般150左右在化學(xué)化工研究和開(kāi)發(fā)的領(lǐng)域中，計(jì)算流體力學(xué)發(fā)揮著重要的作用，本文主要介紹了計(jì)算流體力學(xué)的基本原理，以及計(jì)算流體力學(xué)在化學(xué)工程領(lǐng)域中的應(yīng)用，主要通過(guò)介紹計(jì)算流體力學(xué)在攪拌槽、換熱器、蒸餾塔、薄膜蒸發(fā)器、燃燒等方面的應(yīng)用，來(lái)體現(xiàn)流體力學(xué)在化學(xué)工程所作出的貢獻(xiàn)。有一空行關(guān)鍵詞：計(jì)算流體力學(xué)；化學(xué)工程；應(yīng)用關(guān)鍵字是詞是3到5個(gè)關(guān)鍵詞有一空行1計(jì)算流體力學(xué)概述作為流體力學(xué)的一個(gè)分支，計(jì)算流體力學(xué)主要負(fù)責(zé)，在固定的幾何形狀空間內(nèi)，求解流體的動(dòng)量方程、熱量方程、質(zhì)量方程以及其他的一些相關(guān)方程，然后通過(guò)進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬，得到在特定條件下流體的有關(guān)數(shù)據(jù)。計(jì)算流體力學(xué)主要根據(jù)動(dòng)量、能量、質(zhì)量守恒方程，通過(guò)數(shù)值計(jì)算方法來(lái)求解出流動(dòng)主控方程，并最終得到各種流動(dòng)現(xiàn)象的規(guī)律。計(jì)算流體力學(xué)主要包括3種計(jì)算方法：差分法、有限元法以及有限體積法。這是一個(gè)涉及到多個(gè)領(lǐng)域的學(xué)科，它不僅包括計(jì)算機(jī)科學(xué)、流體力學(xué)等專業(yè)學(xué)科，還有計(jì)算幾何學(xué)、數(shù)值分析以及偏微分方程等數(shù)學(xué)理論知識(shí)。通過(guò)計(jì)算流體力學(xué)進(jìn)行模擬，主要是為了做出預(yù)測(cè)和獲得信息，來(lái)更好的控制流體流動(dòng)。理論的預(yù)測(cè)主要來(lái)自于數(shù)學(xué)模型結(jié)果，并不是來(lái)源于實(shí)際的物理模型結(jié)果。起初，計(jì)算流體力學(xué)主要用在航天事業(yè)、核工業(yè)以及汽車(chē)制造業(yè)上，解決一些涉及空氣動(dòng)力學(xué)方面的流體力學(xué)問(wèn)題。計(jì)算流體力學(xué)的計(jì)算與實(shí)驗(yàn)研究相比，

不僅成本低、速度快，還可以模擬真實(shí)、理想條件，所以，在各種流體現(xiàn)象的研究過(guò)程中，計(jì)算流體力學(xué)成為對(duì)各種流動(dòng)系統(tǒng)和流動(dòng)過(guò)程，進(jìn)行設(shè)計(jì)、操作和研究的有利工具。在上個(gè)世紀(jì)60年代末期，在流體力學(xué)各相關(guān)行業(yè)中，計(jì)算流體力學(xué)已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，直到上世紀(jì)90年代后期，才開(kāi)始對(duì)于化學(xué)工程的模擬計(jì)算，現(xiàn)在，在化工領(lǐng)域中，計(jì)算流體力學(xué)已經(jīng)成為流體流動(dòng)和傳質(zhì)的重要研究工具。在各種化工裝置中，計(jì)算流體力學(xué)都可以進(jìn)行模擬、分析、預(yù)測(cè)，比如說(shuō)，可以在流體流動(dòng)過(guò)程中，對(duì)于其中的傳質(zhì)、傳熱進(jìn)行預(yù)測(cè)，比如在蒸餾塔中進(jìn)行的兩相傳質(zhì)流動(dòng)狀態(tài)的模擬，在模擬加熱器里進(jìn)行的傳熱效果的模擬；在攪拌槽混合設(shè)備可以進(jìn)行模擬設(shè)計(jì)、放大；可以對(duì)化學(xué)反應(yīng)及反應(yīng)速率進(jìn)行描述分析，并在反應(yīng)器中進(jìn)行模擬，比如可以在燃燒反應(yīng)器、生化反應(yīng)器，可以進(jìn)行反應(yīng)速率的模擬；另外，還可以進(jìn)行一些設(shè)備的分離、過(guò)濾、干燥方面的模擬，以及一些裝置內(nèi)流體流動(dòng)的模擬。有一空行2計(jì)?流體力學(xué)在化學(xué)工程中的應(yīng)用2計(jì)?流體力學(xué)在化學(xué)工程中的應(yīng)用四號(hào)加粗2.1計(jì)算流體力學(xué)在攪拌槽中的應(yīng)用小四加粗由于攪拌槽內(nèi)部流動(dòng)比較復(fù)雜，現(xiàn)在，攪拌混合仍然還沒(méi)有形成完善的理論體系，在對(duì)一些混合設(shè)備，比如攪拌槽等，進(jìn)行放大設(shè)計(jì)的時(shí)候，往往經(jīng)驗(yàn)成分要多于理論計(jì)算。在實(shí)際的工業(yè)體系中，尤其是快速反應(yīng)體系，還有高黏度非牛頓物系，不同程度的非均勻性存在于工業(yè)規(guī)模的反應(yīng)器中，而且，不均勻性的嚴(yán)重性是隨著規(guī)模的增大而增大的。所以，目前經(jīng)驗(yàn)放大設(shè)計(jì)的可靠性，正在迎來(lái)前所未有的挑戰(zhàn)，這就更有必要需要，更深入的對(duì)攪拌槽的內(nèi)部流場(chǎng)展開(kāi)研究。最初，Harvey等對(duì)攪拌槽內(nèi)的流場(chǎng)，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行二維模擬，這些年來(lái)，通過(guò)采用計(jì)算流體力學(xué)的方法，對(duì)攪拌槽內(nèi)的流場(chǎng)進(jìn)行研究的技術(shù)，取得了較快的發(fā)展，這種方法在節(jié)省大量研究經(jīng)費(fèi)的同時(shí)，也可以獲得實(shí)驗(yàn)所不能得到的數(shù)據(jù)。之后，Sun等針對(duì)攪拌槽氣液兩相流動(dòng)，利用計(jì)算流體力學(xué)的湍流模型進(jìn)行了三維模擬，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，計(jì)算流體力學(xué)能很好地對(duì)攪拌器上部氣體分布進(jìn)行預(yù)測(cè)，對(duì)攪拌器底部區(qū)域的模擬卻沒(méi)有取得較好的效果。后來(lái)，Javed等也通過(guò)計(jì)算流體力學(xué)軟件Fluent，對(duì)Rushton型渦輪攪拌槽湍流，作了與時(shí)間相關(guān)的三維數(shù)值預(yù)測(cè)，和實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較顯示，攪拌葉輪上下平均速域，兩項(xiàng)結(jié)果一致，但在湍動(dòng)能的結(jié)果上，計(jì)算值和實(shí)驗(yàn)結(jié)果還是存在一定差異的。之后，又進(jìn)行了許多類(lèi)似的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)證明，通過(guò)計(jì)算流體力學(xué)與數(shù)字粒子圖像測(cè)速儀相結(jié)合，有益于更深入地對(duì)攪拌裝置進(jìn)行研究。通過(guò)數(shù)字粒子圖像測(cè)速儀的測(cè)量數(shù)據(jù)，可以對(duì)計(jì)算流體力學(xué)的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，另外，數(shù)字粒子圖像測(cè)速儀的測(cè)定點(diǎn)速度，也可以作為計(jì)算流體力學(xué)的邊界條件。除此之外，多普勒激光測(cè)速儀也可以與計(jì)算流體力學(xué)相結(jié)合，用于研究攪拌。2.2計(jì)算流體力學(xué)在換熱器中的應(yīng)用小四加粗在化學(xué)工程中，換熱設(shè)備應(yīng)用比較廣泛，它可以詳細(xì)、準(zhǔn)確地對(duì)殼程的流動(dòng)、傳熱特性做出預(yù)測(cè)，這不僅有助于設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)和可靠的換熱器，還有助于對(duì)現(xiàn)有管殼式換熱器的性能做出評(píng)價(jià)，在工業(yè)的應(yīng)用過(guò)程中起著十分重要的作用。管殼式換熱器不僅具有比較復(fù)雜的幾何結(jié)構(gòu)，而且流動(dòng)、傳熱的影響因素也比較多，通過(guò)計(jì)算流體力學(xué)，利用計(jì)算機(jī)對(duì)