超临界制备生物柴油实验装置传热的数值模拟.pdfVIP

第8卷第24期2008年12月科学技术与工程 VoL8 No．24Dec．2008 Science and Sci．Teclt 1671—1819(2008)24—6499-04 TechnologyEngineering @2008 Engng． 超临界制备生物柴油实验装置传热的数值模拟 徐娟 包桂蓉1 王华2王仕博2朱平 (昆明理工大学化学工程学院，昆明650224；昆明理工大学电力工程学院1，昆明650051； 昆明理工大学材料与冶金工程学院2，昆明650093) 摘要以超临界条件下制备生物柴油的小型高温高压反应装置为研究对象，采用CFD软件对反应釜腔内流体的三维温度 场分布进行了数值模拟。模拟结果与实验结果吻合程度高，证明了数值模拟方法对超临界条件下流体进行传热分析的可能 性。研究结果表明，超临界条件下流体内的温度场分布存在不均匀性，且对此类装置提出了强化传热的方法，有效改善了温 度场分布的不均匀性。 关键词超临界 生物柴油 温度场 数值模拟 中图法分类号TP391．9； 文献标志码A 近20年来，由植物油制备生物柴油作为石油燃 料的替代物，已引起了世界各国的广泛关注。且主 要以实验手段为主，研究各种参数(温度、压力、催 化剂等)对转化率的影响，故关于其工艺、原料和产 品后处理方面的报道颇多【l—J。由于超临界环境下 反应的复杂性，关于数值模拟结果方面的报道很 少。反应温度影响反应速率和时间，准确模拟反应 装置中的传热过程极其重要。功能强大的CFD商 图1 ，头粒装置-V-回平圆图 业软件用在传热方面的研究效果显著’6]，故采用 2传热理论分析 CFD软件对一套高温高压间歇式反应装置进行了 数值模拟，希望能进一步了解反应过程并为此类反 对于本文研究的实验装置锡池为热源(热体)， 应装置的设计、运行和改造提供参考信息。 反应釜与反应液为热阱(冷体)。所涉及的传热方式 主要为热传导。描述热传导的机理及数学模型为傅 1实验装置介绍 里叶(Fourier)定律。控制方程为三维不可压缩流动 的连续性方程和Navier—Stokes动量及能量方程： 反应装置平面图如图1所示，锡池尺寸为50× 、(1)， 塑Ox+丝8y+业Oz=0 138×50mm。该装置中根据反应的需要设定锡池的 温度，反应釜和反应液处于同一温度(环境温度)， p面2一盖+肛I孑+a广+以zJ¨，怛) 以锡池加热反应釜和反应液。经过一段时间传热 ¨， 后，三者温度达到平衡，制备生物柴油的反应在恒 p面一葛+pI万+矿十万J+ 温下进行。 2008年8月25日收到 p警=一V．(p叭【掣+掣+ 万方数据 科学技术与工程 8卷 表面没有间隙； !!竺竺2+!!!拦2+!!!丝2+璺!!竺2+!!竺二兰!+ az Ox Oy az a∞ (3)各流体为不可压缩流体，即流体密度不随 时间变化。 。 、’(5) 垫盟+垫盟