微流控空氣取水裝置的熱力學(xué)特性研究.pdf

1、淡水作為人類生存必需資源，具有可直接利用總量少、地理分布不均、受污染情況日益嚴(yán)重等問題。為此，許多生產(chǎn)淡水、提高水資源利用率的手段應(yīng)運(yùn)而生。在野外探險、科考、旅行時，經(jīng)常會遇到沙漠、熱帶雨林、高原等難以找到足夠清潔淡水的地方，而攜帶大量淡水又存在增加負(fù)重、無法補(bǔ)給等問題。因此，一種能夠提供適宜飲用的清潔淡水并且方便攜帶的裝置，對于在條件苛刻的戶外環(huán)境中滿足使用者的飲水需求，保障生命安全是十分重要的。本文結(jié)合吸附解析式取水原理，將聚二甲基

2、硅氧烷(Polydimethylsiloxane，PDMS)材料應(yīng)用到空氣取水裝置中，提出了一種可循環(huán)反復(fù)地對空氣中的水蒸汽進(jìn)行收集、并將其轉(zhuǎn)變成淡水的便攜微型裝置，即一種微流控空氣取水裝置。
　　本文對微流控空氣取水裝置的工作原理進(jìn)行研究，對空氣取水過程進(jìn)行數(shù)學(xué)建模?；诹黧w力學(xué)基本理論，建立微流道內(nèi)液體流動的數(shù)學(xué)模型，分析氣液兩相流在微流道中的流動規(guī)律，結(jié)合熱力學(xué)原理，建立微流控裝置中的氣—液兩相變化過程的熱流耦合數(shù)學(xué)模型。通

3、過數(shù)值計算對裝置內(nèi)水的蒸發(fā)和冷凝等熱流耦合場的動態(tài)特性進(jìn)行模擬分析。利用ANSYS ICEM CFD軟件對微流道進(jìn)行三維建模，并對三維模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分及邊界條件設(shè)置，用FLUENT軟件對冷凝過程進(jìn)行仿真分析，得到微流道內(nèi)的流場、溫度場及氣相體積分?jǐn)?shù)分布變化特性。利用COMSOL多物理場仿真軟件對加熱蒸發(fā)的解析釋放過程進(jìn)行二維動態(tài)模擬，得到取水容腔內(nèi)的流場、溫度場及氣相體積分?jǐn)?shù)分布變化特性。對微流控空氣取水裝置的制備和工作過程進(jìn)行實驗研究