微納多孔介質(zhì)中氣體輸送規(guī)則網(wǎng)格模型研究.pdf

1、微納多孔介質(zhì)中的氣體輸送研究涉及到多個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域，在分子篩、催化、生物和醫(yī)藥、微反應(yīng)器、分離提純等領(lǐng)域具有種種潛在的用途。微納多孔介質(zhì)的孔道結(jié)構(gòu)尺寸在微納量級(jí)，孔道尺寸的狹小對(duì)氣體介質(zhì)的流動(dòng)和傳質(zhì)規(guī)律影響較大，因此如何對(duì)其進(jìn)行有效的理論描述是人們關(guān)注的重要問(wèn)題之一。本文探討采用孔隙網(wǎng)絡(luò)模型來(lái)描述微納多孔介質(zhì)中的氣體輸送。論文針對(duì)過(guò)渡流問(wèn)題，用“點(diǎn)-鍵”模型構(gòu)建了微納多孔介質(zhì)氣體輸送的規(guī)則網(wǎng)格模型，對(duì)“十”和“井”字微通道進(jìn)行計(jì)算，并與采用

2、直接模擬MonteCarlo(DSMC)方法的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，以論證孔隙網(wǎng)格模型用于微納多孔介質(zhì)氣體輸送的可行性。本文的主要工作和成果如下：
　　 (1)研究過(guò)渡流問(wèn)題中“點(diǎn)-鍵”模型中“鍵”參量的描述。將“十”字型微通道全場(chǎng)DSMC模擬結(jié)果與“十”字中各直微通道DSMC模擬結(jié)果以及直微通道理論公式的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。結(jié)果表明：在壓力邊界條件相同的情況下，其內(nèi)部壓力分布以及速度分布基本一致，質(zhì)量流量誤差在5％的誤差范圍，直

3、微通道的理論公式可用于描述“點(diǎn)-鍵”模型中“鍵”參量。
　　 (2)考察“點(diǎn)-鍵”模型中“點(diǎn)”參量的影響因素，分析了若按傳統(tǒng)孔隙網(wǎng)絡(luò)將cross區(qū)域看作一個(gè)“點(diǎn)”（即將忽略cross區(qū)域的阻降）對(duì)全場(chǎng)壓降等的影響。本文擬合cross區(qū)域無(wú)量綱壓差比與長(zhǎng)徑比的關(guān)系，從擬合關(guān)系式來(lái)看，當(dāng)長(zhǎng)徑比達(dá)到70:1后，cross區(qū)域的壓降、壓差比已經(jīng)降到1％以下，其影響可忽略，cross區(qū)域可簡(jiǎn)化為傳統(tǒng)孔隙網(wǎng)絡(luò)中的“點(diǎn)”。
　　 (3

4、)構(gòu)建微納多孔介質(zhì)氣體輸送網(wǎng)格模型，網(wǎng)格模型的基本單元為“點(diǎn)”與“鍵”。模型中設(shè)“點(diǎn)”的阻降為0，“鍵”的阻降則用理論公式描述。同時(shí)在“井”字型微通道中應(yīng)用，將計(jì)算結(jié)果與采用DSMC模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，微納多孔介質(zhì)氣體輸送網(wǎng)格模型在過(guò)渡流領(lǐng)域具有較普遍的適用性。
　　 本文從“點(diǎn)-鍵”模型入手，研究了“鍵”的適用性以及“點(diǎn)”在氣體傳輸時(shí)候的特性，并用“點(diǎn)-鍵”模型構(gòu)建微納多孔介質(zhì)氣體輸送網(wǎng)格模型。為微納多孔介質(zhì)內(nèi)部氣體輸送研究提供