離心式分子蒸餾的CFD-DSMC耦合算法模擬及實驗研究.pdf

1、離心式分子蒸餾是分子蒸餾的一種重要形式，是液液分離或精細(xì)分離的一種高新技術(shù)。離心式分子蒸餾過程中的流體力學(xué)特性和傳質(zhì)傳熱過程機理一直是人們所重點研究的。本文建立了針對連續(xù)和非連續(xù)介質(zhì)流動的CFD/DSMC耦合算法，系統(tǒng)地研究了離心式分子蒸餾過程中液相、氣相的流體力學(xué)特征與傳遞過程。
　　文章首先分別介紹了計算流體力學(xué)（CFD）方法和直接模擬 Monte-Carlo（DSMC）方法的基本思想、基本理論，然后給出了 DSMC方法中的基

2、礎(chǔ)如速度分布函數(shù)與分子二元彈性碰撞模型、DSMC方法的實施過程，詳細(xì)描述了CFD/DS MC耦合方法的基本思想，著重介紹了耦合過程中兩個最為關(guān)鍵的問題：耦合界面的確定與交界面處信息的傳遞，最后介紹了CFD/DSMC耦合方法實施的主要步驟。
　　基于CFD/DSMC耦合方法，建立了離心式分子蒸餾物理模型，整個模型劃分為三個計算區(qū)域：CFD方法計算區(qū)域、DSMC方法計算區(qū)域以及CFD/DSMC耦合區(qū)域。針對每個區(qū)域劃分不同尺寸的網(wǎng)格，

3、建立各自的計算模型如建立控制方程組、確定源項（動量、傳質(zhì)、傳熱源項）、規(guī)定初始條件及邊界條件，設(shè)置物性參數(shù)、確定求解方案等。采用二維軸對稱模型來對液相無波動時的流動行為進(jìn)行模擬；而建立了三維的立體模型來模擬液相產(chǎn)生波動的流動行為，以捕捉表面波的實時狀態(tài)。
　　然后文中介紹了利用本實驗室自有的激光誘導(dǎo)熒光系統(tǒng)（LIF）測量離心轉(zhuǎn)盤表面液膜流動，LIF技術(shù)實現(xiàn)了轉(zhuǎn)盤表面液體分布的可視化，獲得波動液膜的厚度分布。實驗獲得的液膜厚度變化趨

4、勢與模擬值基本一致，吻合良好。并分別從理論推導(dǎo)和經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式角度出發(fā)獲得了離心轉(zhuǎn)盤表面液膜的近似計算式。
　　最后文中采用力平衡模型，建立了離心式分子蒸餾器旋轉(zhuǎn)盤上受熱液膜的永久性破斷的力平衡模型方程，得到了在離心力驅(qū)動下的液膜破斷臨界液膜厚度和最小潤濕量理論計算式。對液膜穩(wěn)定鋪展起促進(jìn)作用的力為慣性力和離心力，而起阻礙作用的力是重力、表面張力差、熱毛細(xì)力及蒸汽壓力。其中起主導(dǎo)作用的力主要是離心力、重力、表面張力差和熱毛細(xì)力。蒸汽壓