武汉理工大学
毕业设计（论文）
GP车型排气系统
主消声器内流场分析
学院（系）：汽车工程学院
专业班级：热动0602班
学生姓名： X X X 指导教师： X X X
武汉理工大学学士论文原创性声明
本人郑重声明:所呈交的学位论文，是本人在导师X X X和师姐郭学敏的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中己经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。
作者签名：
年月日
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作者签名：年月日
导师签名：年月日
本科生毕业设计（论文）任务书
学生姓名X X X 专业班级热动0602
指导教师X X X工作单位汽车工程学院
设计(论文)题目: GP车型排气系统主消声器内流场分析
设计（论文）主要内容：
学习计算流体力学（CFD）软件Fluent，熟练掌握其功能和使用方法。分析对比汽车排气系统的结构型式和设计理论，说明主、副消声器的设计区别。利用Fluent软件对GP 车型排气系统的主消声器进行内流场模拟，获得其压力场、温度场、速度场、湍流动能场以及流线图，并对内流场进行分析，研究其结构的合理性，分析可能出现的问题。完成相关的图纸工作。
要求完成的任务
1、独立完成2张0号图纸，其中手绘图纸量折合不得少于一张1号图纸，手绘图纸不得与机绘图纸重复；
2、完成一篇英文文献的翻译，要求内容与选题相关，工作量约20000印刷字符，译成中文不少于5000字；
3、在毕业设计过程中，根据进展情况，完成参考文献的查阅与检索，要求10篇以上（其中英文文献不少于2篇），并分别写出不少于200字的摘要；
4、参加毕业实习，完成毕业实习日记和毕业实习报告（2000字左右），撰写开题报告，不少于1400字；
5、撰写毕业设计说明书，要求不少于10000字，并符合“武汉理工大学本科生毕业设计（论文）撰写规范”；
6、毕业设计（论文）周记每周记载不少于800字。
指导教师签名X X X系主任签名
院长签名(章)_____________
武汉理工大学本科生毕业设计（论文）开题报告
1、目的及意义（含国内外的研究现状分析）
汽车排气噪声是汽车主要的噪声源之一，对排气噪声最有效的控制方法就是加装排气消声器，现代汽车安装的消声器均涉及气体流动、传热、振动、声学以及发动机性能和结构等多个学科知识。消声器性能包括声学性能、空气动力性能及气流再生噪声特性3个主要方面。通常汽车排气消声器的设计仅仅考虑了排气噪声的控制，虽然有利于排气系统的消声性能，但却因此引起发动机排气系统背压的增加，降低发动机的动力性能，而且还会引起再生噪声的产生而减少消声器的消声量。因此有必要对排气消声器同时进行声场分析和流场分析。传递损失和阻力损失是消声器的最主要的两个性能指标。排气消声器常用的传递损失的分析方法有传递矩阵法和有限元法。传递矩阵法仅限于简单结构消声器的计算，使用范围仅限于平面波，而消声器内部声场是三维的，消声器内部声场出现高次模式波且消声器内部存在气流时，传递矩阵法将不再适用,有限元法适合任意形状的消声器，为消声器的设计和分析提供了一种有效的方法。国内外许多学者发展了有限元法用于消声器的分析和设计。近年来，随着计算机软硬件发展的同时，计算流体动力学也越来越多的在分析复杂结构消声器内部的流场中得到应用，采用现代仿真技术设计理论和试验相结合,研究多种物理场耦合情况下的消声器基本性能,有利于促进车用消声器自主开发能力的提高,降低车用消声器设计成本,提高试验效率。
美国海基科技的CFD商业软件FLUENT是目前功能最全面，适用性最广，国内使用最广泛的CFD软件之一。在美国的市场占有率为60%。凡跟流体，热传递及化学反应等有关的工业均可使用。它具有丰富的物理模型、先进的数值方法以及强大的前后处理功能，在航空航天、汽车设计、石油天然气、涡轮机设计等方面都有着广泛的应用。该软件采用的数值方法是有限体积法，网格划分手段多，其中包含非结构化网格。Fluent软件是流体力学中通用性较强的一种商业软件。它的软件设计基于“CFD计算机软件群”的技术，性能和精度等各方面达到最佳，再将不同领域的计算软件组合起来，成为CFD软件群，从而
2011.08 25 基于Ｆｌｕｅｎｔ的加氢反应器分配器流场数值模拟研究 倪艳光1 刘 玉2 （河南科技大学1.机电工程学院；2.车辆与动力工程学院，河南 洛阳 471003） 摘要： 文章采用Fluent 通用CFD 有限元分析软件对单个分配器的流体力学性能进行模拟，再现气液通过分配器后在反应器中流体的复杂流动情况，以此来指导分配器的研究、开发、放大和设计工作。 关键词： 分配器；Fluent ；DPM ；气液反应物；CFD 有限元分析软件中图分类号： TQ018 文献标识码： A 文章编号：1009-2374（2011）24-0025-02加氢工艺技术水平的高低以及加氢反应能否稳定进行，主要取决于催化剂性能的先进性。而催化剂能否充分地发挥作用，产品质量是否能够达到优质，则在很大程度上取决于反应器内部结构的先进性和合理性。尤其是入口分配器，它能够利用气液两相流通过分配器时产生的抽吸作用来实现液体的均匀分配，对于加氢效果产生极大影响。 目前气液分配器的设计和分析都是基于试验和经验，由于加氢反应器中气液固三相的存在，反应器内流体的流动、混合、传递过程十分复杂，对其中的两相流动情况知之更少，而CFD（计算流体力学）正是可以使我们深入理解分配器中的流体流动的十分有效的工具。本文将采用Fluent通用CFD有限元分析软件，应用DPM模型对单个抽吸喷射型分配器的流体力学性能进行模拟，预测气液通过分配器后在反应器中流体的复杂流动情况，以此来指导分配器的研究、开发、放大和设计工作。 一、物理模型 该分配器属于抽吸喷射式，利用UG建立分配器三维模型（如图1所示）。为了提高计算效率，方便计算模型调试，将反应器周围的反应物远场模型建立为分配器尺寸的3倍直径，5倍高度。分配器与周围气液反应物如图2所示： 图1 分配器几何模型 图2 分配器与周围气液反应物 二、有限元模型网格划分及边界条件设置 在Gambit中划分网格及设定边界条件。网格为混合网格，数量约18.5万体单元，38万面单元。圆柱形边界为绝热、无滑移、颗粒反射壁面边界，上端边界为速度入口，下端为压力出口。反应器入口的反应物为重油和氢气的混合物，油气体积比例为1:1200，操作压力16.8MPa，温度250℃。反应器氢气入 口速度为18m/s，忽略入口扩散器的作用，平均到单个分配器的氢气流量为0.254kg/s，根据氢气密度和入口面积，计算得到单个分配器氢气入口速度为0.34728m/s。依次同样计算得液态油入口质量流率为0.022kg/s。分配器安装地板以及分配器壁面皆为绝热、无滑移、颗粒反射壁面边。 三、计算模型的选择 抽吸喷射型分配器的工作原理是，当气体高速通过齿缝，携带液体上升，气体撕裂、破碎液体，并充分混合。为了预测分配器的喷射雾化效果，结合应用了组分输运模型和DPM模型中的液滴合并与破碎物理模型，并在计算中考虑了输入汽油的挥发性。湍流模型选用RNG k-ε模型，连续方程和动量方程用SIMPLE方 法求解，对流项采用一阶迎风格式离散。
植物生物反应器的研究进展及发展方向 姓名 （内蒙古科技大学生物技术系） 摘要利用转基因植物作为生物反应器生产外源蛋白,包括抗体、疫苗、药用蛋白等较之其他生产系统具有很多优越性。本文简介了植物生物反应器的研究发展历史和现状, 并对植物生物反应器领域的发展作了一定的展望和讨论。 关键词植物抗体; 口服疫苗; 药用蛋白;转基因; 生物反应器 植物生物反应器是生物反应器研究领域中的一大类, 是指通过基因工程途径, 以常见的农作物作为化学工厂，通过大规模种植生产具有高经济附加值的医用蛋白、工农业用酶、特殊碳水化合物、生物可降解塑料、脂类及其他一些次生代谢产物等生物制剂的方法[1]。 1 植物生物反应器研究内容 1.1植物抗体(plantibody) 抗体(antibody) 是动物体液中的一系列球蛋白,称为免疫球蛋白(Ig) 。它们可介导动物的体液免疫反应。在植物体内表达编码抗体或抗体片段(如Fab 片段和Fv 片段) ,获得的产物就称为植物抗体。植物抗体最大的优点是使生产抗体更加方便和廉价。尤其在生产单克隆抗体方面,利用植物生产要比杂交瘤细胞低廉的多。据估计,在250 m2 的温室中利用苜蓿生产IgG的成本约为500～600美元/ g ,而利用杂交瘤细胞生产抗体的成本约为5 000 美元/g 。因此,利用植物生产抗体具有广阔的市场前景。目前,利用转基因植物表达的抗体包括完整的抗体分子、分泌型抗体IgA、IgG、单链可变区片段(scFv) 、Fab 片段、双特异性scFv 片段以及嵌合型抗体等不同类型的抗体。 植物不仅作为生物反应器器生产抗体用于医药产业,而且植物抗体介导的免疫调节在植物抗病育种上也很值得研究。Fecker 等将抗甜菜坏色黄脉病毒(BNYVV) 的外壳蛋白基因的scFv 转化烟草,产生的scFv 定位于细胞质中或通过末端的连接信号肽而分泌到质外体,结果发现转scFv 的植株出现症状的时间明显迟于对照。Tavladoraki 等将抗菊芋斑驳病毒(AMCV) 的外壳蛋白基因的scFv 转入烟草后,发现感病率下降50～60 % ,出现症状的时间也明显迟于对照。LeGall 等将针对僵顶病植原体主要膜蛋白的scFv 转入烟草中,并通过细菌信号肽把scFv 定位到质外体,将转基因烟草接穗嫁接到被植原体侵染的砧木上,没有表现病症,而对照的非转基因接穗却出现严重的僵顶病症状甚至死亡。 另外,在植物细胞中表达具有催化或钝化酶和激素作用的抗体,从而对细胞代谢进行调节,这对于植物代谢机理的研究非常有用。Owen 等将植物光敏色素单链Fab 抗体转入烟草中,转基因烟草光敏色素下降40 % ,而且该转基因烟草种子表现出异常的依赖光敏色素萌发的能力。Shimada等在烟草内质网中高效表达了抗赤霉素前体分子A19/ 24 的scFv ,A19 和A24 分别是A1 和A4 的前体,转基因烟草中A1含量降低并表现矮化[2]。 1.2口服疫苗(edible vaccine)
多级串联全混流反应器的设计与应用 对于多级串联全混流反应器，提供一种从动力学入手，系统的计算各级反应釜体积及反应器串联级数的方法，以达到设定的目标转化率。此方法已经在工业化生产中得到充分的验证，结果显示，采用本文阐述的方法计算得到的理论出口转化率与实际生产中测量得到的出口转化率基本相符。 标签：连续搅拌釜式反应器；串联；动力学 Abstract：For multiple mixed flow reactors in series，provide a method to calculate the number of reactor series and the volume of each reactor，to achieve a specified conversion of feed which reacts with known kinetics. The results show that the conversion of the theoretical export obtained by the method described in this paper is consistent with the conversion of the export in actual production. Key words：CSTR；Connection in series；Kinetics 連续搅拌釜式反应器适用范围较广，容易放大，在强烈搅拌情况下可视为全混流反应器，反应物料连续地加入和流出反应器，不存在间歇操作中的辅助时间问题。在定态操作中，容易实现自动控制，操作简单，节省人力，产品质量稳定，常用于中型或较大规模的化工生产中[1]。 连续搅拌釜式反应器主要适用于粘度不是很大的液相反应，从反应性质来说还特别适用于转化率不高且产物分离方便或反应时间较长的反应。本文以某一二级反应为例，计算连续搅拌釜式反应器的串联级数，每级反应器的体积及相应的出口转化率。本文阐述的方法在工程设计的过程中具有很实用的应用价值，并且已经在现有的生产过程中得到充分的验证。 1 基础数据 反应原料A进料量：200kg/h 反应原料A分子量：149.23g/mol 反应原料B进料量：235kg/h 溶剂进料量：365kg/h 混合液密度：928.39kg/m3 2 设计计算 2.1 基础数据处理
我国大规模细胞培养生物反应器综述 文章比较全面的介绍了我国目前生物反应器的现状,各种品种发酵的特点.提出了反应器的设计要以代 谢流分析为核心,要从系统生物学的角度出发. 1、发展大规模细胞培养及其生物反应器 借助于细胞培养进行各种产品生产已是我国生物技术产业化的重要组成部分，涉及医药、化工、轻工、食品、农业、海洋、环保等行业。培养的细胞不仅只是微生物，用于生物技术产品生产的动物细胞、植物细胞和藻类细胞大规模培养已引起了大家重视，显露出令人鼓舞的前景。而且随着生物技术的发展，在人类今后发现的一切具有生物活性的物质都可以借助于细胞培养方法得到。它们可以是细胞代谢产物、生物转化、酶或某基因表达产物。 此外，随着人类社会经济发展，如果没有基于科技进步的大力开发，能源和资源将难以支撑人类社会进一步发展的目标，人类社会的发展必须将基于碳氢化合物的经济转变为基于碳水化合物的经济。这种能源结构和资源结构的转变将直接关系到我国经济的可持续发展，社会的稳定、和国家安全。解决上述问题的最有效方法就是发展工业微生物，只有工业微生物才能将来源于太阳能的可再生资源碳水化合物转变为现代社会所需要的化工原料和能源。 显而易见，要进行这些产品的生产，无不涉及到细胞代谢与大规模培养研究。为了提高生产水平，除了获得高生产能力的细胞株外，生物反应器是重要的核心技术，必需提供有利于生物过程研究的装置技术和高效节能的生产装置。但是在生物技术产业化平台中，细胞大规模培养技术等中下游技术是我国最薄弱的技术环节之一，以我国生物医药等领域产业化来说，与先进国家的差距是全面的。滞后的一个重要原因之一就是缺乏相配套工艺的工业化放大技术研究和相应的装备技术支撑。例如以哺乳类细胞培养技术来看，西方国家基因工程抗体的开发已经进入大规模细胞反应阶段，细胞工程研究规模已经达到1000L以上，基因工程抗体的生产反应系统最大规模达到20000L以上。相形之下，我国多数药物开发单位的细胞反应规模仍停留在2-30L 规模，100L的培养技术还不稳定，长期以来都是照抄照搬国外的技术和进口国外设备。国内只能生产一些低档装置, 仅靠科研成果模仿和基础科学的跟随。 与其他各行业的装备制造业一样，生物反应器为生物技术产业再生产和扩大再生产提供共性技术和关键技术，它的发展水平也反映了国家在科学技术、工艺设计、材料、加工制造等方面的综合配套能力。装备制造业和商品化的迫切性可以归纳为如下几点： l 每年有大量的从摇瓶到不同大小的实验室生物反应器进行生物技术的实验室研究或中试放大的项目，这些项目有的已购买设备，但需要维修，有的则需新添有关装置。 l 每年有相当数量的生物技术工程项目投入，需要大量的用于生产的生物反应器，传统生物技术的生物反应器一般体积较大（几十M3到上百M3），而现代生物技术所需的反应器装置体积较小，但技术要求高。 l 随着不同产品过程优化与放大技术研究的进展，迫切需要新设计原理的生物反应器发挥作用。由此，必需有不断更新技术的生物反应装置推向市场，或者对现有生物反应器生产装置进行新技术改造，这也是包括制药、食品、轻工在内的传统产业现代生物技术改造的主要内容之一。 l 随着生物技术的发展，需要性能更高的生物反应器，例如哺乳类动物细胞大规模培养是当前高附加值的糖基化活性蛋白医药产品的发展趋势，如何开发适应动物细胞特殊需要的生物反应器并商品化就成为迫切需要
5 停留时间分布与反应器 5.1设F(θ)及E(θ)分别为闭式流动反应器的停留时间分布函数及停留时间分布密度函数，θ为对比时间。 （1） （1） 若该反应器为活塞流反应器，试求 （a ） （a ） F(1)(b)E(1)(c)F(0.8)(d)E(0.8)(e)E(1.2) (2)若该反应器为全混流反应器，试求 （a ）F(1)(b)E(1)(c)F(0.8)(d)E(0.8)(e)E(1.2) (3) 若该反应器为一个非理想流动反应器，试求 （a ）F(∞)(b)F(0)(c)E(∞)(d)E(0)(e)0∞ ? ()E d θ? (f)0∞ ? ()E d θθ? 解：（1）因是活塞流反应器，故符合理想活塞流模型的停留时间分布，由（5.33-5.36）式可得： (a)F(1)=1.0(b)E(1)=∝(c)F(0.8)=0(d)E(0.8)=0(e)E(1.2)=0 （2） （2） 因是全混流反应器，故符合理想全混流模型的停留时间分布，由 （5.33-5.36）式可得： （a ）F(1)=1-e -1=0.6321 (b)E(1)=e -1=0.3679 (c)F(0.8)=1- e -0.8=0.5507 (d)E(0.8)= e -0.8=0.4493 (e)=E(1.2)=0.3012 （3） （3） 因是一个非理想流动反应器，故可得： （a ）F(∞)=1 (b)F(0)=0 (c)E(∞)=0 (d)E(0)>1 (e)0 ∞?()E d θ? =1 (f) 0 ∞ ? ()E d θθ? =1 5.2用阶跃法测定一闭式流动反应器的停留时间分布，得到离开反应器的示踪剂与时间的关系如下： 022 2313 ≤??=-≤≤??≥? ()t c t t t t 试求： （1） （1） 该反应器的停留时间分布函数F(θ)及分布密度函数E(θ)。 （2） （2） 数学期望θ及方差2 θσ。
浅析我国生物反应器行业发展现状与对策 发表时间：2018-09-18T11:57:05.223Z 来源：《基层建设》2018年第24期作者：张国良 [导读] 摘要：生物反应器技术是上世纪90年代初出现的一种利用微生物、动植物细胞为单位进行大规模生产药用，农用蛋白的生物高技术。 身份证号：44010619881029xxxX 510530 摘要：生物反应器技术是上世纪90年代初出现的一种利用微生物、动植物细胞为单位进行大规模生产药用，农用蛋白的生物高技术。21世纪是“生物”的世纪，随着世界经济的发展和细胞培养工艺的提高，我国生物反应器行业面临着挑战和机遇。为了在“生物”世纪潮流下生存与发展，我国生物反应器行业需不断事实更新管理模式，不断提高自主创新能力，不断提高生物反应器的品质。本文对我国生物反应器行业发展现状、存在问题及发展机遇进行综合分析，为新旧生物反应器企业发展提供参考，给生物反应器企业带来机遇。 关键词：生物反应器；发展；对策 1.我国生物反应器行业发展面临的主要问题 1.1我国生物反应器行业部分企业沿用粗放型的管理模式 我国生物反应器行业的发展正随着国家对生物医药的重视和大力扶持而稳步前行。早期的生物技术政策“蓝皮书”、“863”、“973”高技术计划拉开了生物反应器快速发展的序幕，2011年，《医药工业“十二?五”规划》中更是将占领生物制药制高点作为两大主题之一。这使我国生物反应器行业飞速发展。但是，部分生物反应器企业发展却有着其不合理性。①国内大部分生物反应器企业管理层前身为某些生物反应器外企的销售人员，本身没有成本意识，报价是结合以往外企经验和国内廉价劳动力进行的估价，导致报价利润较低，且容易产生“降低品质竞争”的现象。②没有项目管理经验，合同执行能力不足，导致大项目及时交货率低。 1.2我国生物反应器行业自主创新能力低下 我国生物反应器发展机缘：因我国改革开放，在国家良好政策推动下，国内生物反应器需求增大，而国外的生物反应器货期长，价格贵，售后服务能力差。在此供需不平衡的因素促进，部分有生物反应器外企经验的工作人员进行自主创业。但因该主要创业人员前身为销售工程师，缺乏工艺基础，自主创新能力低下。这是导致我国生物反应器行业自主创新能力低下的根源所在。 1.3我国生物反应器产品“量”大于“质” 就目前现状，我国生物反应器行业主要是仿造国外Sartorius等企业的标准产品，所提供的反应器主要为：A、发酵罐，B、细胞罐。从改革开放“大生产”政策指导，大部分企业选择生产具有“工艺简单，产能大，回本快”的发酵罐。但因发酵罐制作与培养工艺简单，对反应器“大生产”品质要求低，入行门槛低，导致国内很多反应器企业至今仍靠着不断降低发酵罐产品质量来获得经济效益。但时代在发展，生物培养行业的产品不断更新，对工艺和品质越来越注重。靠着仿造和粗制滥造的“发酵罐”逐步跟不上时代的步伐。 2.我国生物反应器行业的未来发展前景 2.1我国生物反应器行业的生产管理方式将转向PMP管理 在政府的政策支持和客观利润的促进下，越来越多的具有各自特点的生物反应器企业不断涌现。在竞争对手越来越多的背景下，以往“粗放型”管理模式的企业竞争力越来低，逼迫他们进行转型。PMP等新型管理模式在此背景下诞生。①要求企业以项目为单位制作生物反应器；②PMP要求企业注重成本管理，要求企业在保证生物反应器质量的前提下，降低人员成本，材料成本等，超成本需要经过分析与批准后才能往下走流程并留下文本信息以作后面项目参考；③PMP要求企业注重时间管理。制作反应器前需制作进度管理计划，与各相关部门定下关键项目结点，例：图纸出具节点，材料计划出具节点，施工开始和预计结束节点，项目验证节点等。进度计划出具后，各部门均需按照项目节点安排工作；④PMP要求企业进行品质管理，唯有高品质产品的保证下，企业才能长久生存。 2.2我国生物反应器行业需不断进行自主创新 在改革开放三十多年以来，政府不断号召行业进行“科技创新”。在同行技术不断增强与客户要求增多的背景下，单靠低成本，低品质生物反应器企业被迫向高技术企业转型。另外，在政府推进工业4.0的政策指导和GMP要求计算机验证下，越来越多企业将系统往wincc方面研发，增大企业“含金量”。 2.3我国生物反应器行业需投入更多资源进行提供不同等级的产品和服务的研发 在国产生物反应器发展的开始阶段，低价格的反应器设备往往更能占领市场份额，是企业在市场竞争中胜利的主要因素。但随着国内外客户需求不断增长以及同行竞争力不断变大的背景下，“低品质，低价格，无服务”的生物反应器无法满足不同客户的个性化需求。在未来，拥有“高品质，合理价格，个性化服务”的企业将占有越来愈多市场份额。何为“高品质，合理价格，个性化服务”？“高品质”，指的是生物反应器在生产过程中严格按照GMP进行制作，经过GMP验证，且系统稳定，不同批次的产品质量稳定。“合理价格”，指的是在保证品质和服务的前提下，将成本降低，以获得更好的利润回报。“个性化服务”，指的是针对不同等级的客户提供不一样的售前售后服务。例，针对某些培养工艺不成熟的客户，生物反应器企业需要提供培养工艺方面的指导，帮助客户走通工艺。 2.4环保是我国生物反应器行业需要考虑的发展因素 无论是现在还是未来，节能环保都是客户企业运行成本的重要考虑因素。生物反应器系统如拥有节能环保设计，将会帮客户大大的降低运营成本。例如：传统的生物反应器，蒸汽用量与维持成本占用了很大运营成本，其实生物反应器除了灭菌时需要用到大量的蒸汽外，工艺培养时，用量较低。在此因素下，某些客户用“电加热器”代替蒸汽，大大的降低了客户维持蒸汽的用量的成本。 3.我国生物反应器行业的发展对策 3.1我国生物反应器行业管理者需加强专业化学习和技能深造 我国生物反应器行业中的企业管理者大部分前身为外企销售经理，缺乏工艺技术。在未来，技术和创新决定企业能否在21世纪生产与发展。企业管理层应该勇做“领头羊”，加强专业学习和工艺研发，从上而下，带动中层管理层，带领一线员工进行学习，并定期举办“创新竞技”大赛和表彰。养成“活到老，学到老”的企业文化，提升企业的向心力和凝聚力。 3.2我国生物反应器行业应该建立和完善企业管理制度 一套完善的企业管理制度是企业能否生存和发展的重要因素。目前我国生物反应器企业的管理制度多数为粗放型管理，或者是领导层的“一锤定音”，导致中层管理层没有真正的参与到公司管理，不能锻炼管理技能，不利于公司长久发展。公司想有效的发展，管理层需学会
CIESC Journal, 2018, 69(7): 2916-2925 ·2916· 化工学报 2018年 第69卷 第7期 | https://www.doczj.com/doc/084519078.html, DOI ：10.11949/j.issn.0438-1157.20171615 双组水平喷嘴撞击流反应器流场POD 分析 张建伟，马繁荣，张志刚，冯颖 (沈阳化工大学能源与动力工程学院，辽宁 沈阳 110142) 摘要：利用二维高速粒子图像测速技术研究双组分层水平对置撞击流湍流场，考察了双组喷嘴在不同Re 、不同直 径及上下径向射流不同工况下的流动结构，对速度场进行POD 分解，提取流场中含能大尺度结构。结果表明，低 阶本征模态拥有大尺度涡旋结构，流场涡旋结构明显，瞬时流场能量主要集中在一阶模态，易于描述整个流场的 流动特征，脉动场的模态重构可以准确还原流场中的涡结构。L =3d 工况下，不对称流场能量高于对称流场；低阶 模态能量随喷嘴Re 的增大而增大，而随喷嘴直径增大呈先递增后递减的趋势，直径d =10 mm 的工况下所对应的 一阶模态能量最高，涡强最大。 关键词：双组分层撞击流；二维高速粒子图像测速技术；本征模态；涡旋结构；能量 中图分类号：TQ 021.1 文献标志码：A 文章编号：0438—1157（2018）07—2916—10 POD analysis of flow field in horizontal two-group nozzle impinging stream reactor ZHANG Jianwei, MA Fanrong, ZHANG Zhigang, FENG Ying (School of Energy and Power Engineering , Shenyang University of Chemical Technology , Shenyang 110142, Liaoning , China ) Abstract: Two-dimensional high-speed particle image velocimetry was used to study horizontal-confronted two-group-layered impinging turbulent flow fields. Flow structures of two sets of nozzles were analyzed under conditions of different Re , nozzle diameter, upper and lower radial jets. The velocity field was decomposed by POD to extract large scale energy-carrying structure. The results show that low-order intrinsic mode features a large-scale vortex structure with obvious vortex structures in flow field and energy of transient flow field mainly concentrates in the first-order mode. Flow characteristics of whole flow field is easily described such that modal reconstruction of pulsating field could accurately reestablish vortex structures in the flow field. Under condition of L =3d , asymmetric flow field energy was higher than that of symmetric flow filed, low order modal energy was increased with increasing nozzle Re , but was first increased then decreased with the increase of nozzle diameter. Under condition of 10 mm diameter, first order mode energy was the highest and vorticity was the maximum. Key words: double stratified impinging stream; two-dimensional high-speed particle image velocimetry; intrinsic mode; vortex structure; energy 引 言 浸没循环撞击流反应器作为新型高效的反应 混合设备，具有强化混合和相间传递的特点[1-4]，研究其内部流场对强化混合具有重要意义[5-10]。现阶 段学者是以非线性理论为基础，同时采用PIV 、2017-12-07收到初稿，2018-05-07收到修改稿。 第一作者及联系人：张建伟（1964—），男，博士，教授。 基金项目：国家自然科学基金项目（21476141）；“双百工程”计划（重 大科技成果转化项目）（Z18-5-008）。 Received date: 2017-12-07. Corresponding author: ZHANG Jianwei, zhangjianwei@https://www.doczj.com/doc/084519078.html, Foundation item: supported by the National Natural Science Foundation of China (21476141) and the “Shuangbai Project” (Transformation Project of Major Scientific and Technological Achievements) (Z18-5-0080). 万方数据
生物反应器项目规划方案 投资分析/实施方案
报告说明— 该生物反应器项目计划总投资11052.87万元，其中：固定资产投资7881.50万元，占项目总投资的71.31%；流动资金3171.37万元，占项目总投资的28.69%。 达产年营业收入24035.00万元，总成本费用18993.65万元，税金及附加191.28万元，利润总额5041.35万元，利税总额5927.99万元，税后净利润3781.01万元，达产年纳税总额2146.98万元；达产年投资利润率45.61%，投资利税率53.63%，投资回报率34.21%，全部投资回收期4.42年，提供就业职位433个。 生物反应器是指利用自然存在的微生物或具有特殊降解能力的微生物接种至液相或固相的反应系统。一次性生物反应器作为更替可清洗以及可重复使用系统的替代品，自使用起即能发现他们的显著差异及影响。一次性组件能够提高生产灵活性、增强无菌保证、降低前期资本投入以及加速新设施启动。全球生物反应器产业市场规模将从2020年的18亿美元增长到2025年的42亿美元，在预测期内的复合年增长率为18.5%。小型企业和初创企业越来越多地采用SUBs降低了自动化的复杂性，减轻了海洋生物的种植，降低了能源和水的消耗，生物制剂市场不断增长，SUBs的技术进步以及生物制药研发的不断增长等因素推动生物反应器市场的增长。
第一章概况 一、项目概况 （一）项目名称及背景 生物反应器项目 （二）项目选址 某某工业园 对各种设施用地进行统筹安排，提高土地综合利用效率，同时，采用 先进的工艺技术和设备，达到“节约能源、节约土地资源”的目的。节约 土地资源，充分利用空闲地、非耕地或荒地，尽可能不占良田或少占耕地；应充分利用天然地形，选择土地综合利用率高、征地费用少的场址。 （三）项目用地规模 项目总用地面积26960.14平方米（折合约40.42亩）。 （四）项目用地控制指标 该工程规划建筑系数78.46%，建筑容积率1.11，建设区域绿化覆盖率6.51%，固定资产投资强度194.99万元/亩。 （五）土建工程指标
生物反应器项目 可行性分析报告 投资分析/实施方案
生物反应器项目可行性分析报告说明 生物反应器是指利用自然存在的微生物或具有特殊降解能力的微生物接种至液相或固相的反应系统。一次性生物反应器作为更替可清洗以及可重复使用系统的替代品，自使用起即能发现他们的显著差异及影响。一次性组件能够提高生产灵活性、增强无菌保证、降低前期资本投入以及加速新设施启动。全球生物反应器产业市场规模将从2020年的18亿美元增长到2025年的42亿美元，在预测期内的复合年增长率为18.5%。小型企业和初创企业越来越多地采用SUBs降低了自动化的复杂性，减轻了海洋生物的种植，降低了能源和水的消耗，生物制剂市场不断增长，SUBs的技术进步以及生物制药研发的不断增长等因素推动生物反应器市场的增长。 该生物反应器项目计划总投资11616.45万元，其中：固定资产投资9977.95万元，占项目总投资的85.90%；流动资金1638.50万元，占项目总投资的14.10%。 达产年营业收入15055.00万元，总成本费用11652.45万元，税金及附加199.24万元，利润总额3402.55万元，利税总额4071.11万元，税后净利润2551.91万元，达产年纳税总额1519.20万元；达产年投资利润率29.29%，投资利税率35.05%，投资回报率21.97%，全部投资回收期6.05年，提供就业职位321个。
报告根据项目实际情况，提出项目组织、建设管理、竣工验收、经营管理等初步方案；结合项目特点提出合理的总体及分年度实施进度计划。 ...... 报告主要内容：概论、背景和必要性研究、项目调研分析、投资建设方案、项目建设地研究、工程设计说明、工艺可行性分析、环保和清洁生产说明、安全卫生、风险应对评价分析、节能概况、进度计划、投资方案计划、项目经济评价、综合结论等。
·8·化学工业与工程技术 2000年第 21卷第 1期全混流釜式反应器控制策略和最优操作方案王国军熊洁羽常州技术师范学院化学工程系常州 213001 全混流釜式反应器是广泛用于化工、制药生产的流动反应器。对于此类反应器中所进行的反应过程开发 ,其主要问题是确定优选的操作方案 ,这将取决于开发方法和控制策略。通常采用逐级经验放大法进行反应过程的开发 ,由于逐级经验放大法放大效应欠佳 (放大过程中反应结果与小试指标之间出现未 曾预期的差异 ,或虽可预期但却无从控制的差异,且开发周期长 ,耗资大。本文采用数学模型方法 ,以不同控制策略对全混流釜式反应器的最优操作方案进行了研究。2未反应物不回收循环的单级全混流釜式反应器的最优反应率摘要本文采用数学模型方法 TQ053. 202文献标识码A文章编号1006 -7906 (2000 01 -0008 -04 ,以不同控制策略提出了全混流釜式反应器中进行不同类型反应的最优操作方案 ,可用于指导反应过程的开发设计。关键词化学反应器全混流控制策略最优化中图分类号 1引言正确选择最终反应率是单级全混流釜式 反应器开发设计的一个十分重要的环节 ,可以操作费用为控制目标确定其最优反应率。此系权衡在较大的反应器中 (高设备费用实现较高反应率 (低反应物成本,与 在较小的反应器中 (低设备费用的低反应率 (高反应物成本的问题。 2. 1简单反应在单级全混流釜式反应器中进行简单反应A+ B →R, rA= kv CA n ,则反应器小时操作总费用为 [1] : ＄t= V R＄m+ FA0＄A = kv Cn FR-xA n ·＄m+ xFAR ·＄A (1 A0 (1 【作者简介】王国军 (1956- ,男 (满族 ,黑龙江省哈尔滨人。 1982年大学毕业 ,副教授。现从事高校教学、科研和化工设计工作 , 主要研究方向为化工过程开发和工业催化。【收稿日期】 1999-10-21 据此得到反应器小时操作总费用最低的条件为 : kv Cn n -xA n+1 ·＄m = 1A2 ·＄A (2 A0 (1 x 由此条件即可求取最优反应率 ,进而确定反应器最优操作方案 : 进料速率 : FA0 = FR/ xAopt 反应器尺寸 : V R= kv CnFA0 xAopt A0 (1 -xAopt 单位产品成本 :＄t/ FR= V R＄m F+ RFA0＄A 对于其它类型的简单反应 ,可据此法确定其相应的最优操作方案。 2. 2竞争反应在单级全混流釜式反应器中进行竞争反应 1Q, rQ= k1 CA A,反应器小时操作总费用为 : 2 S, rs= k2 CA ＄t= V R＄m+ FA0＄A FQ( k1 +k2
前言 本课题是在老师多年研究搅拌器的基础上提出来的。搅拌器在化工、医药、冶金、造纸、化妆品、涂饰材料、食品、饲料及废水处理等行业中得到广泛的应用，尤已化学工业中应用最多。而有限元方法（ANSYS）是在不断改进计算方法并和计算机结合起来的优良方法，能够精确分析仪器设备的受力和模拟仪器设备的状况，优化各项参数。所以用有限元方法分析搅拌设备，是个先进而又精确的方法。 选择本课题是基于对搅拌设备和ANSYS软件强大数值模拟功能的兴趣。此课题可以培养自己独立摸索分析能力，学会处理复杂问题，增强处理问题的耐心和自信心。 本论文在计算过程中，得到老师和本专业其他老师很大帮助，使得论文的质量有所提高，借此机会，向帮助和指导本论文编写的老师们表示感谢。
标准搅拌反应器中流场分析 [摘要]：针对搅拌反应器在化学工业中的重要性，本论文采用有限元分析软件（ANSYS）对标准搅拌器在流场（蔗糖水）中的不同转速、不同搅拌槽尺寸和不同搅拌器桨叶形式下，分析流场中轴向路径（X方向）和桨叶径向路径（Y方向）上的节点速度，观察速度向量图象和速度曲线的变化趋势和平缓程度，得出六平叶圆盘涡轮在转速N=300r/min、槽径T=2m时的搅拌效果相对理想的结论。[关键词]：标准搅拌反应器器,有限元,流场，ANSYS,CFD. Analysis of the fluid field of a normal mixer [Summary]: Aim at to mix blend in the chemical process of the importance, this thesis adoption analysis software( ANSYS) of Finite element method to standard mixer is in the field( cane sugar water) of to be turned.The different velocity is with the different mixer oar leaf the form, analysis fluid field conclusion for opposite ideal result for inside stalk direction path(X direction) with oar leaf's path(Y direction) facing the node on the path in the speed, observing the flat- Oblique leaf circle whirlpool round at turning soon of sixth of speed, outing of even degree of trend of variety of curve of peaceful of out vector portrait with N=300 r/ min, slot paths T=2 m. [Key words]:Normal mixer,Finite element methold(FEM)，Fluid field, Ansys, CFD. 目录
第三章 理想流动均相反应器设计题解 1、[间歇反应器与全混釜恒容一级] 有一等温操作的间歇反应器进行某一级液相反应，13分钟后,反应物转化了70%.今拟将此反应转至全混流反应器,按达到相同的转化率应保持多大的空速? 解:㏑CA 0CA =kt, CA0CA CA0 - =0.7 ， C A =0.3C A0 间歇釜中∴㏑0.3=－13k ， k=0.0926 min -1 在全混釜中τ=VR V0=CA0 XA k CA =0.70.30.0926?=25.2 min -1 ∴空速S=1τ=125.2=0.0397min -1 2、[平推流恒容一级] 有一个活塞流管式反应器于555K,0.3MPa 压力下进行A →P 气相反应,已知进料中含30%A(mol)，其余70%为惰性物料.加料流量为6.3mol/s.该反应的动力学方程为r A =0.27C A mol/m 3 ·s,要求达到95%转化.试求⑴所需的空时? ⑵反应器容积? 解: τP =VR V0=1k ㏑CA 0CA =1 k ㏑PA0PA =1k ㏑ A0 A y y =1k ㏑1 1A x -=10.27㏑110.95-=11.1 S ∴V R =τP ·v 0=τP 00 A A F C 而C A0= A P RT =30.30.082555??=0.0198mol/L=19.8mol/m 3 V R =11.1s × 3 6.3/19.8/mol s mol m =3.53m 3 3、[平推流变容过程一级] 有一纯丙烷裂解反应方程式为C 3H 8→C 2H 4+CH 4.该反应在772℃等温条件下进行,其动力学 方程式为-dP A /dt=kP A ,忽略存在的副反应,并已知k=0.4h -1 反应过程保持恒压0.1MPa. 772℃和0.1MPa 下的体积进料量为800L/h,求转化率为0.5时所需的平推流反应器的体积. 解: ∵εA =21 2-=0.5 ∵k τP =－(1＋εA )㏑(1-ΧA )- εA ΧAf 0.4τP =－(1+0.5)㏑(1-0.5)-0.5×0.5 ∴τP =1.5ln 20.25 0.4-=1.974h V R =τP v 0=1.974×800=1579L=1.579 m 3 4、[间歇釜变容一级] 一级气相反应A →2R+S ,在等温等压间歇实验反应器中进行,原料中含75%A(mol),25%(mol)惰性气体,经8分钟后,其体积增加一倍.求此时达到了多大的转化率? 速率常数多大? 解: 膨胀因子 δA =3-11=2 膨胀率 εA =y A0δA =0.75×2=1.5
第22卷第6期2011年12月 水资源与水工程学报 Journal of Water Resources ＆Water Engineering Vol．22No．6Dec ．，2011 收稿日期：2011-08-16 基金项目：上海市教委重点学科建设项目（J50502）；上海市研究生创新基金项目（JWCXSL1102）作者简介：黄远东（1965-），男，湖南邵阳人，博士，教授，从事河流动力学及环境模拟技术的研究。 CFD 在水处理反应器研究中的应用进展 黄远东，顾静，赵树夫，周中华，姜剑伟 （上海理工大学环境与建筑学院，上海200093） 摘 要：计算流体动力学（CFD ）已在水处理反应器研究中得到了较为广泛的应用。本文综述了CFD 技术在固液分离反应器、 生物处理反应器以及化学处理反应器研究中的应用现状，并指出了应用中所存在的不足，进而提出了CFD 应用于水处理反应器模拟中有待进一步研究的问题。关键词：计算流体动力学；水处理；反应器；数值模拟中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：1672-643X （2011）06-0011-05 Application progress of CFD in study of water treatment reactors HUANG Yuandong ，GU Jing ，ZHAO Shufu ，ZHOU Zhonghua ，JIANG Jianwei （School of Environment and Architecture ，University of Shanghai for Science and Technology ，Shanghai 200093，China ） Abstract ：Computational fluid dynamics （CFD ）has been widely utilized in the study of water treatment reactors．This paper firstly reviewed the application status of CFD in the study on solid －liquid separation reactors ，biological treatment reactors and chemical treatment reactors ，and then pointed out the weakness of CFD application in modeling reactors．This paper finally put forward some important issues for further usage of CFD in simulating water treatment reactors． Key words ：computational fluid dynamics ；water treatment ；reactor ；numerical simulation 0引言 计算流体动力学（computational fluid dynamics ，简称CFD ）是流体力学的一个重要分支，其通过数值求解流体运动（单相流动或多相流动）控制方程来获取流场的基本信息。随着计算机硬件和计算方法的快速发展， 特别是伴随商用CFD 软件（例如FLUENT 、PHOENICS 、CFX 和STAR －CD 等）的推广，使得CFD 已成为探究和解决水处理工程中与流体流动相关问题的重要手段之一。本文简述CFD 在水处理反应器研究中的应用现状与存在的不足，进而对CFD 在水处理反应器中的未来应用进行了展望。 1 CFD 在水处理反应器研究中的应 用现状 在水处理工程中，参与过程处理的构筑物和设 备都可称为反应器。CFD 技术在固液分离反应器、生物处理反应器和化学处理反应器的研究中都得到了应用。 1．1 CFD 在沉淀池（固液分离反应器）中的应用沉淀池可分为普通沉淀池和斜板（管）沉淀池。按池内水流方向的不同，普通沉淀池可分为平流式、 竖流式和辐射式3种；沉淀池按其在水处理流程中的位置，主要分为初沉池和二沉池。近年来，CFD 技术在沉淀池内部两相流场分析、沉淀池结构改进和水力条件优化等方面研究中已得到了较为广泛的 应用。 2005年，Kim 等［1］对韩国釜山某水处理厂的一个矩形平流式二沉池内的水流特性和悬浮颗粒物浓度分布进行了二维数值模拟，所得数值模拟结果与 同位素示踪测试结果两者基本相符。2009年，Sam-marraee 等［2］利用FLUENT 软件，采用单向耦合的欧拉－拉格朗日两相流模型对某水处理厂的一个矩形平流式沉淀池内的颗粒沉降特性进行了三维大涡模 拟（LES ）， 得到了沉淀池内的水流场、颗粒速度场和颗粒浓度分布，计算获取了不同粒度大小颗粒的沉降效率和总颗粒沉降效率，并分析了颗粒的沉降现 象。进一步，针对同一平流式沉淀池，Sammarraee 等 ［3］ 还模拟分析了挡板设置对颗粒沉降效果的影