結(jié)晶過程多尺度特征與耦合模型的研究.pdf

1、結(jié)晶作為化工工業(yè)中的基本單元操作之一，具有產(chǎn)品純度高、能量消耗低及環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)，因而被廣泛應(yīng)用于化工、醫(yī)藥、生物技術(shù)和環(huán)境保護(hù)等生產(chǎn)領(lǐng)域中。工業(yè)結(jié)晶過程絕大多數(shù)是在液固混合體系中進(jìn)行的，結(jié)晶器內(nèi)的液體流動狀態(tài)、晶體懸浮狀態(tài)等流體動力學(xué)因素，與晶體的成核和生長過程等結(jié)晶動力學(xué)因素共同決定著最終晶體產(chǎn)品的質(zhì)量。但在早期的研究中，結(jié)晶過程的大部分研究工作都是基于完全混合懸浮的理想模型展開的，即假設(shè)結(jié)晶器內(nèi)固體的運(yùn)動場與液體的運(yùn)動場，不同尺

2、寸的晶體的運(yùn)動場完全相同、且等于均一值，沒有考慮結(jié)晶器內(nèi)的流體動力學(xué)因素，從而導(dǎo)致理論或?qū)嶒?yàn)的結(jié)果與實(shí)際工業(yè)結(jié)晶過程有很大出入。為能更準(zhǔn)確地描述結(jié)晶過程，除了結(jié)晶動力學(xué)因素之外，結(jié)晶器內(nèi)的流體動力學(xué)因素也應(yīng)考慮在內(nèi)，但由于結(jié)晶器內(nèi)的流體流動一般是強(qiáng)烈的湍流流動，使得流場極其復(fù)雜，很難用一般的方法進(jìn)行準(zhǔn)確描述。目前，隨著計算機(jī)的快速發(fā)展，用于復(fù)雜流體過程研究的計算流體力學(xué)(Computational Fluid Dynamics)模擬技術(shù)

3、應(yīng)運(yùn)而生，因而為結(jié)晶過程中的流體動力學(xué)研究提供了很大便利。
　　針對工業(yè)結(jié)晶過程的復(fù)雜性，依據(jù)現(xiàn)代計算工具，在考慮結(jié)晶過程多尺度特征的基礎(chǔ)上，本文建立基于多相流多尺度特征為基礎(chǔ)的模擬方法，以求實(shí)現(xiàn)復(fù)雜流場下結(jié)晶過程的仿真模擬。論文研究內(nèi)容主要包括:
　　根據(jù)結(jié)晶器內(nèi)晶體懸浮狀態(tài)的多尺度特征，從復(fù)雜體系的不同層次上建立了有關(guān)結(jié)晶過程的多尺度耦合模擬模型。結(jié)晶過程的微觀尺度是借助CFD來考察結(jié)晶物系的流場，特別是晶體流場的變換規(guī)

4、律，獲得了微觀尺度上的流體動力學(xué)信息，作為介觀尺度結(jié)晶過程的模擬基礎(chǔ)。晶體懸浮狀態(tài)對結(jié)晶過程的影響在介觀尺度中進(jìn)行模擬，為此，以結(jié)晶器內(nèi)晶體懸浮狀態(tài)接近為原則，對模擬的結(jié)晶器進(jìn)行了合理分區(qū)，根據(jù)結(jié)晶過程的物料衡算與粒數(shù)衡算，在各區(qū)域中建立了介觀尺度結(jié)晶過程模擬模型，模型中充分考慮了各結(jié)晶區(qū)域晶體流動狀態(tài)對結(jié)晶的影響。整體結(jié)晶過程的模擬是在充分考慮結(jié)晶器內(nèi)流場特征和晶體懸浮狀態(tài)特征的基礎(chǔ)上，建立了考慮外界操作條件下，整體結(jié)晶器的宏觀模擬模