微尺度下流體傳遞及反應(yīng)過程研究.pdf

1、微尺度下流體的流動特性較常規(guī)尺度具有明顯的優(yōu)勢，近年來，為了實現(xiàn)流體能夠在微尺度下進行傳遞及反應(yīng)，研究者設(shè)計了一系列以微反應(yīng)器為典型代表的微型設(shè)備。而關(guān)于微反應(yīng)器內(nèi)部流場的流動特性及反應(yīng)特性的研究仍處于起步階段，需要大量的研究及理論來促進微化工技術(shù)的發(fā)展。
　　 本文以套管式微反應(yīng)器為研究對象，依托ANSYS CFX，建立相應(yīng)的物理模型及計算模型，以碘化物-碘酸鹽反應(yīng)體系為例、微觀混合效率為參考，以實驗數(shù)據(jù)為基準，研究套管式微反

2、應(yīng)器內(nèi)流體的傳遞及反應(yīng)過程。研究發(fā)現(xiàn)在套管式微反應(yīng)器內(nèi)，環(huán)隙組分向絲網(wǎng)區(qū)擴散，并在絲網(wǎng)區(qū)內(nèi)形成兩個不同分布形態(tài)的濃度擴散域，反應(yīng)過程基本發(fā)生在絲網(wǎng)區(qū)內(nèi)。影響反應(yīng)器微觀混合效率即出口離集指數(shù)的因素可以歸為兩種:一種為影響反應(yīng)時間的絲網(wǎng)區(qū)流體停留時間，另一種為影響環(huán)隙組分向絲網(wǎng)區(qū)濃度擴散分布的湍流擴散。在相同進料比下，體系總雷諾數(shù)對離集指數(shù)的影響基本滿足隨著雷諾數(shù)的增大而降低的趨勢，而在此趨勢下存在一個轉(zhuǎn)折點，當體系雷諾數(shù)小于491時，離集

3、指數(shù)隨雷諾數(shù)的增大而快速降低，當體系雷諾數(shù)大于491時，雷諾數(shù)對離集指數(shù)的影響較小，并且當雷諾數(shù)大于2578，出口離集指數(shù)低于0.00047，基本實現(xiàn)完全微觀混合。
　　 同時，針對套管式微反應(yīng)器結(jié)構(gòu)參數(shù)對流體傳遞及反應(yīng)過程的影響進行了研究，發(fā)現(xiàn):減小反應(yīng)器環(huán)隙厚度、絲網(wǎng)孔隙率、絲網(wǎng)寬度均有利于降低體系出口離集指數(shù)，即提高反應(yīng)器的微觀混合效率。特別的，在環(huán)隙厚度為0.5mm的情況下，縮小絲網(wǎng)寬度到5mm，可以基本控制環(huán)隙組分向絲