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(xì)微粒制備技術(shù)，特別是基于超臨界流體技術(shù)的超細(xì)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(xì)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(xì)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(xì)噴嘴來實(shí)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(jì)算方法進(jìn)行了總結(jié)和比較，確定了計(jì)算狀態(tài)參數(shù)應(yīng)用的狀態(tài)方程，同時(shí)計(jì)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(jì)算軟件FLUENT對計(jì)算區(qū)域內(nèi)的快速膨脹過

3、程進(jìn)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(xì)微粒的方法。該過程最大的特點(diǎn)就是通過微細(xì)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(xì)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(xì)噴嘴的氣體輔助霧化模型，利用流體力學(xué)計(jì)算軟件

4、FLUENT對霧化過程進(jìn)行了模擬計(jì)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(shí)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(diǎn)，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(jì)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