反应器是化学工业中最重要的工具。几十年来,反应器的强化过程已经吸引了广泛的关注。反应器强化的关键是强化其在分子尺度上的混合性能,因为它决定了所有化学反应的各种参数,如选择性、产量、副产物的生成和放热等。人们做了大量的工作以达到同时减小反应器尺寸和增强其混合性能的目的,其中所涉及到的反应器有微通道反应器、毛细管反应器、撞击流反应器和旋转反应器等。这些反应器的设计原则是改善其传质效率。通常增强反应器传质效率的途径是通过增大流体间的接触面积或者增大流体的初始速度来形成撞击。与传统的化学反应器相比,这些新型的反应器在改善混合性能方面表现卓越并被应用到一系列的化工过程,如聚合物、催化剂和纳米粉体的制备、萃取过程和吸收过程等。然而,这些反应器依然存在着一些问题,如处理量不大、通道堵塞、难以制造和组装、价格昂贵和难以放大等,这些问题严重限制了其在大型化学工业中的应用。本文提出了一种多通道微撞击流反应器。它具有四个通道和一个大的反应区。反应器的出口很大以确保反应后的流体能平滑地流出。反应器的进口可以根据需要灵活地调整为一、二或四个。通过增强各组分间的相互作用使得该反应器的混合性能和传质效率得到显著提升。流体由四个入口以较高的流速分别进入反应器并在混合区域强烈撞击,这就使得流体破碎程度加强从而增强了组分间在分子尺度上的相互作用。多通道微撞击流反应器的微观混合性能相当优良。本论文的主要研究内容如下:(1)提出了一种多通道微撞击流反应器,借助“碘化物-碘酸盐”平行竞争反应体系以离集指数为评价指标研究了反应器的微观混合性能,考察了雷诺数对微观混合的影响,结果表明离集指数随着雷诺数的增大而减小,当雷诺数大于3000时,离集指数的数量级达到10-5,表明反应器在此操作条件下具有较高的微观混合效率。(2)利用CFD技术研究了反应器的微观混合性能,其中采用了 k-ε湍流模型、欧拉多相模型和有限速率组分运输模型并考虑到了瞬态和重力因素的影响。CFD数值模拟结果与实验数据吻合良好。所得出的可视流场图能帮助我们更好地了解反应前和反应后的水-空气两相和流体间的相互作用。(3)通过增加反应前的入口数量考察了该反应器的放大规律,并且研究了进口数和流体流量对混合性能的影响。通过比较不同入口数的流场信息得出:增加该反应器的入口数量对其微观混合性能的改善并不明显。在雷诺数大于3000时,入口数为一、二或四个的反应器的离集指数几乎一致。这可能是因为高流速状态下两股流体已经形成了良好的撞击混合。与其他形式的微反应器相比,多通道微撞击流反应器有许多优势,如处理量大、无出口堵塞问题,较好的混合性能和传质效率等。这也为其应用于聚合反应和纳米材料的制备提供了便利。微反应器的工业化放大对于工程师而言一直是个难题,多通道微撞击流反应器的提出为研究者和工程师们提供了新思路。