超臨界流體制備粉體過程基本流體力學(xué)問題的數(shù)值模擬.pdf

1、超細微粒制備技術(shù)，特別是基于超臨界流體技術(shù)的超細微粒制備技術(shù)是當(dāng)前材料科學(xué)和化學(xué)工程研究中最重要的領(lǐng)域之一，獲得粒徑小且分布均勻的超細粉體是人們追求的目標(biāo)。目前已提出了好幾種以超臨界流體制備超細粉體的技術(shù)，其中比較有代表性的有超臨界溶液快速膨脹過程(簡稱RESS)、超臨界反溶劑過程(簡稱SAS)和超臨界輔助霧化過程(簡稱SAA)。上述過程都需要內(nèi)徑接近200μm的微細噴嘴來實現(xiàn)，因此對于超臨界流體在該噴嘴內(nèi)外流場的模擬對于過程的預(yù)測和優(yōu)

2、化顯得非常重要。 為了保證對超臨界流體制備粉體過程中噴嘴內(nèi)外流體流場模擬的準(zhǔn)確性，本文對超臨界CO2和乙醇物性參數(shù)的計算方法進行了總結(jié)和比較，確定了計算狀態(tài)參數(shù)應(yīng)用的狀態(tài)方程，同時計算了CO2和乙醇的粘度、導(dǎo)熱系數(shù)、表面張力等物性參數(shù)。 本文針對純CO2通過單孔噴嘴流動的基本流體力學(xué)問題，建立了超臨界流體通過噴嘴在自由空間快速膨脹的數(shù)學(xué)模型。在給定的模擬條件下，利用商業(yè)流體力學(xué)計算軟件FLUENT對計算區(qū)域內(nèi)的快速膨脹過

3、程進行了數(shù)值模擬，得到了壓力、溫度、密度、速度沿著噴嘴軸線的變化曲線，考察了預(yù)膨脹壓力、溫度，以及噴嘴出口直徑等結(jié)構(gòu)參數(shù)對膨脹過程的影響。 超臨界輔助霧化(SAA)過程是最近幾年提出的一種新型的利用超臨界流體制備固體超細微粒的方法。該過程最大的特點就是通過微細噴嘴產(chǎn)生的高速氣流將溶有超臨界CO2的溶劑霧化成極細的液滴，從而產(chǎn)生粉體。本文以過程常用的溶劑乙醇為模型材料，建立了乙醇通過微細噴嘴的氣體輔助霧化模型，利用流體力學(xué)計算軟件

4、FLUENT對霧化過程進行了模擬計算，得到了SAA過程中結(jié)晶器內(nèi)部的液滴粒徑、速度、溫度等因素的變化規(guī)律，同時也分析了入口壓力、溫度及溶液流量變化對液滴粒徑的大小和分布的影響。 雖然超臨界流體制備粉體工藝具有其他方法無可比擬的優(yōu)點，但是噴嘴出口截面積過小限制了制備粉體的產(chǎn)量，因此限制了此類方法的應(yīng)用和推廣。本文設(shè)計了一種應(yīng)用于超臨界流體制備粉體過程的新型噴嘴，此噴嘴由內(nèi)芯和外殼構(gòu)成的環(huán)隙空間作為噴嘴出口。以純CO2為模型介質(zhì)，對