24600.微通道中高濃度懸浮液流動及顆粒分布的cfd模擬

1、微通道中高濃度懸浮液流動及顆粒分布的CFD模擬重慶大學碩士學位論文（學術(shù)學位）學生姓名：李俊宏指導教師：董立春教授專業(yè)：化學工程與技術(shù)學科門類：工學重慶大學化學化工學院二O一四年五月重慶大學碩士學位論文中文摘要I摘要微化工技術(shù)憑借其高效傳熱傳質(zhì)特性，已逐漸成為重要的過程強化技術(shù)。而微尺度下懸浮液流動及其內(nèi)部顆粒的遷移現(xiàn)象在納米顆粒制備、微反應(yīng)、微分離、微混合等領(lǐng)域都有廣闊的應(yīng)用前景，因而對于微尺度下懸浮流體流動特性的研究具有重要的理論和

2、應(yīng)用價值。本文以DiffusiveFluxModel(DFM)為基礎(chǔ)，使用FluentCFD(ComputationalFluidDynamics)軟件模擬了高濃度懸浮液在直型、T型和Y型微通道中的流動和顆粒分布。主要完成的工作總結(jié)如下：①建立了微通道的CFD模型，根據(jù)懸浮液流動過程中顆粒的遷移特性對求解網(wǎng)格進行了劃分，設(shè)置了相應(yīng)的邊界條件，以DFM為基礎(chǔ)建立了顆粒的質(zhì)量傳遞方程，之后結(jié)合Fluent軟件的UDF和UDS功能求解連續(xù)性方

3、程、動量方程及顆粒質(zhì)量傳遞方程，實現(xiàn)了微通道中懸浮液流動及其內(nèi)部顆粒遷移的數(shù)值模擬。通過與文獻中毫米級通道中懸浮液流動的研究結(jié)果相比較，驗證了建立的數(shù)學模型和求解方法的正確性。②開展了微米級通道中懸浮液流動及其內(nèi)部顆粒遷移的數(shù)值研究。分析了微米級通道與毫米級通道中懸浮液流動特性的差異，調(diào)整了DFM中的經(jīng)驗常數(shù)并提出了新的局部剪切速率修正方程，并在顆粒質(zhì)量傳遞方程中加入布朗運動的影響。計算結(jié)果表明，DFMCFD模擬結(jié)果與實驗結(jié)果具有較好的

4、一致性。③考察了微米級直型通道內(nèi)顆粒濃度、粒徑、懸浮液流動速度對通道中顆粒分布的影響，特別是明確了布朗運動對懸浮液流動的影響。得出的結(jié)論有：隨著顆粒初始濃度的增大，粘性通量的影響增大，顆粒分布變得相對均勻；在顆粒較小(0.1μm)時，顆粒粒徑對顆粒濃度的平衡分布影響較明顯，此時顆粒粒徑越小，顆粒分布變得相對均勻；而當顆粒粒徑大于1μm時，粒徑增大對顆粒濃度分布的影響已不明顯。④探索了Pclet數(shù)對懸浮液顆粒濃度平衡分布的影響。當Pe10