水力空化技术强化生物柴油制备的研究.doc

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摘要 生物柴油作为新能源的一种，以其环境友好性、原料可再生性等优良性能受到广泛关注。它一般是由动植物油脂、餐饮废油等与醇（甲醇或乙醇）经酯交换反应制得的脂肪酸单烷基酯。

空化是一种普遍的水动力学现象，发生在局部压力低于该温度下饱和蒸汽压的液体区域。如果维持水温不变，使水面的压强降低到某临界值后，水体内部原来含有的很小气泡（通称气核）将迅速膨胀，在水中形成含有水蒸气或其它气体的明显气泡，这种现象称为“空化”。空化现象包括空泡的发育、膨胀、溃灭、反弹过程，它是一个非恒定过程。在低压区空化的液体挟带着大量的空泡形成了“汽液两相流”运动，水流挟带着的空泡在流经下游压强较高的区域时将发生溃灭。空泡在溃灭时会产生瞬时的局部高温、高压、发光、高速水射流等极端物理条件，在短时间内会释放大量的能量。它可以为一般情况下难以实现的物理或化学反应提供特殊的环境。

利用水力空化发生时空化泡溃灭产生的高温、高压等极端环境，可以使水分子键裂解，产生自由基。由于自由基具有很高的活性,所产生的活化效应是促进化学过程强化的根本原因。水力空化增大了反应体系的相接触面积，增强了传质，进而强化了传质控制的反应过程。

关键词：水力空化，生物柴油，多孔板，数值模拟

 

Research on Strengthening Bio-diesel Preparation by Hydrodynamic Cavitation Technology

Abstract As a kind of new energy,bio-diesel had attracted a lot of attention with its excellent properties, such as environment friendly and raw materials renewability. It was obtained by transesterification of vegetable oils and animal fats with alcohol (methanol or ethanol).

    Cavitation is a universal hydrodynamic phenomenon occurred in liquid region where local pressure is lower than the saturated vapor pressure at ambient temperature If water-surface pressure is smaller than the critical one,under the condition water temperature is constant,the small bubbles in water originally expended rapidly and formed relatively large air bubbles which contain steam or other gas,we call this phenomenon cavitation.Cavitation phenomenon which is an unsteady process comprises of the process of development,expansion,collapse,and rebound of the bubbles.The liquid in the low-pressure region mixing mass cavity formed steam-water two-phase flow,cavity with the cavity flow will collapse following through the lower high-pressure region.Bubble collapse can cause extremely physical condition such as high transient pressure and temperature and luminescence and high-speed jet at local site resulting in mass energy release

Hydrodynamic cavitation generates extremely high temperature and pressure during the violent collapse of cavities,which destroys the molecular bond of water and forms free radicals.The strong oxidbillity of free radicals are responsible for  enhancing chemical processes.Hydrodynamic cavitation can emulsify the glyceride-methanol system, increase greatly the contact area between glyceride and methanol, and thus strengthen the mass transfer process and increase reaction rate.

Key words: hydrodynamic cavitation,bio-diesel,multiple hole orifice,numerical simulation

 

目  录

第一章 绪论 1

1.1 课题研究背景 1

1.2 生物柴油简介 1

1.2.1 生物柴油的优点 2

1.2.2 生物柴油的制备方法 3

1.2.3国外生物柴油的应用和研究现状 5

1.2.4 我国生物柴油的应用及研究现状 6

1.3 水力空化简介 8

1.3.1 空化现象与机理 8

1.3.2 水力空化制备生物柴油的优点 9

1.3.3 空化的判据 10

1.3.4 空化的应用 11

1.4 本文主要研究内容 12

第二章 水力空化技术制备生物柴油的可视化试验台搭建 13

2.1 试验台搭建的思路 13

2.2 试验台重要装置简述 15

2.2.1 试验用多级离心泵 15

2.2 2试验台管路具体尺寸 15

2.2.3 有机玻璃管和多孔孔板 16

2.2.4 试验用孔板 16

2.2.5 LWGY涡轮流量传感器 17

2.2.6 SF1601智能流量积算计 18

2.2.7 小巧型压力变送器 19

2.2.8 压力表 20

2.2.9 SWP-ASR300系列无纸记录仪 20

2.2.10 控制阀门以及回油装置 21

2.3 试验拟用具体技术方案 22

2.4 试验台具体实施方式 23

2.5 本章小结 24

第三章 生物柴油水力空化实验研究 25

3.1 喷嘴内空穴流动的主要参数 25

3.2 不同开孔率的三孔孔板实验数据分析 26

3.3 不同开孔率的五孔孔板实验 27

3.4 本章小结 29

第四章 不同进口压力和开孔率的孔板水力空化数值模拟 30

4.1 孔板水力空化数值计算模型 30

4.1.1 计算模型 30

4.1.2 模型假设 31

4.1.3 计算方法及边界条件 31

4.1.3 网格划分 32

4.2 数值模拟结果与分析 33

4.2.1 入口压力变化的影响 33

4.2.2 不同开孔率的影响 37

4.3 本章小结 40

第五章 全文总结与工作展望 41

5.1 全文总结 41

5.2 工作展望 41