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摘要 生物柴油作為新能源的一種，以其環(huán)境友好性、原料可再生性等優(yōu)良性能受到廣泛關(guān)注。它一般是由動植物油脂、餐飲廢油等與醇（甲醇或乙醇）經(jīng)酯交換反應(yīng)制得的脂肪酸單烷基酯。

空化是一種普遍的水動力學(xué)現(xiàn)象，發(fā)生在局部壓力低于該溫度下飽和蒸汽壓的液體區(qū)域。如果維持水溫不變，使水面的壓強降低到某臨界值后，水體內(nèi)部原來含有的很小氣泡（通稱氣核）將迅速膨脹，在水中形成含有水蒸氣或其它氣體的明顯氣泡，這種現(xiàn)象稱為“空化”?？栈F(xiàn)象包括空泡的發(fā)育、膨脹、潰滅、反彈過程，它是一個非恒定過程。在低壓區(qū)空化的液體挾帶著大量的空泡形成了“汽液兩相流”運動，水流挾帶著的空泡在流經(jīng)下游壓強較高的區(qū)域時將發(fā)生潰滅?？张菰跐鐣r會產(chǎn)生瞬時的局部高溫、高壓、發(fā)光、高速水射流等極端物理條件，在短時間內(nèi)會釋放大量的能量。它可以為一般情況下難以實現(xiàn)的物理或化學(xué)反應(yīng)提供特殊的環(huán)境。

利用水力空化發(fā)生時空化泡潰滅產(chǎn)生的高溫、高壓等極端環(huán)境，可以使水分子鍵裂解，產(chǎn)生自由基。由于自由基具有很高的活性,所產(chǎn)生的活化效應(yīng)是促進化學(xué)過程強化的根本原因。水力空化增大了反應(yīng)體系的相接觸面積，增強了傳質(zhì)，進而強化了傳質(zhì)控制的反應(yīng)過程。

關(guān)鍵詞：水力空化，生物柴油，多孔板，數(shù)值模擬

 

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  錄

第一章 緒論 1

1.1 課題研究背景 1

1.2 生物柴油簡介 1

1.2.1 生物柴油的優(yōu)點 2

1.2.2 生物柴油的制備方法 3

1.2.3國外生物柴油的應(yīng)用和研究現(xiàn)狀 5

1.2.4 我國生物柴油的應(yīng)用及研究現(xiàn)狀 6

1.3 水力空化簡介 8

1.3.1 空化現(xiàn)象與機理 8

1.3.2 水力空化制備生物柴油的優(yōu)點 9

1.3.3 空化的判據(jù) 10

1.3.4 空化的應(yīng)用 11

1.4 本文主要研究內(nèi)容 12

第二章 水力空化技術(shù)制備生物柴油的可視化試驗臺搭建 13

2.1 試驗臺搭建的思路 13

2.2 試驗臺重要裝置簡述 15

2.2.1 試驗用多級離心泵 15

2.2 2試驗臺管路具體尺寸 15

2.2.3 有機玻璃管和多孔孔板 16

2.2.4 試驗用孔板 16

2.2.5 LWGY渦輪流量傳感器 17

2.2.6 SF1601智能流量積算計 18

2.2.7 小巧型壓力變送器 19

2.2.8 壓力表 20

2.2.9 SWP-ASR300系列無紙記錄儀 20

2.2.10 控制閥門以及回油裝置 21

2.3 試驗擬用具體技術(shù)方案 22

2.4 試驗臺具體實施方式 23

2.5 本章小結(jié) 24

第三章 生物柴油水力空化實驗研究 25

3.1 噴嘴內(nèi)空穴流動的主要參數(shù) 25

3.2 不同開孔率的三孔孔板實驗數(shù)據(jù)分析 26

3.3 不同開孔率的五孔孔板實驗 27

3.4 本章小結(jié) 29

第四章 不同進口壓力和開孔率的孔板水力空化數(shù)值模擬 30

4.1 孔板水力空化數(shù)值計算模型 30

4.1.1 計算模型 30

4.1.2 模型假設(shè) 31

4.1.3 計算方法及邊界條件 31

4.1.3 網(wǎng)格劃分 32

4.2 數(shù)值模擬結(jié)果與分析 33

4.2.1 入口壓力變化的影響 33

4.2.2 不同開孔率的影響 37

4.3 本章小結(jié) 40

第五章 全文總結(jié)與工作展望 41

5.1 全文總結(jié) 41

5.2 工作展望 41