24600.微通道中高濃度懸浮液流動(dòng)及顆粒分布的cfd模擬

1、微通道中高濃度懸浮液流動(dòng)及顆粒分布的CFD模擬重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文（學(xué)術(shù)學(xué)位）學(xué)生姓名：李俊宏指導(dǎo)教師：董立春教授專業(yè)：化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)科門類：工學(xué)重慶大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院二O一四年五月重慶大學(xué)碩士學(xué)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(qiáng)化技術(shù)。而微尺度下懸浮液流動(dòng)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(duì)于微尺度下懸浮流體流動(dòng)特性的研究具有重要的理論和

2、應(yīng)用價(jià)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(dòng)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(dòng)過程中顆粒的遷移特性對(duì)求解網(wǎng)格進(jìn)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(dòng)量方程及顆粒質(zhì)量傳遞方程，實(shí)現(xiàn)了微通道中懸浮液流動(dòng)及其內(nèi)部顆粒遷移的數(shù)值模擬。通過與文獻(xiàn)中毫米級(jí)通道中懸浮液流動(dòng)的研究結(jié)果相比較，驗(yàn)證了建立的數(shù)學(xué)模型和求解方法的正確性。②開展了微米級(jí)通道中懸浮液流動(dòng)及其內(nèi)部顆粒遷移的數(shù)值研究。分析了微米級(jí)通道與毫米級(jí)通道中懸浮液流動(dòng)特性的差異，調(diào)整了DFM中的經(jīng)驗(yàn)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(yùn)動(dòng)的影響。計(jì)算結(jié)果表明，DFMCFD模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有較好的

4、一致性。③考察了微米級(jí)直型通道內(nèi)顆粒濃度、粒徑、懸浮液流動(dòng)速度對(duì)通道中顆粒分布的影響，特別是明確了布朗運(yùn)動(dòng)對(duì)懸浮液流動(dòng)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(duì)均勻；在顆粒較小(0.1μm)時(shí)，顆粒粒徑對(duì)顆粒濃度的平衡分布影響較明顯，此時(shí)顆粒粒徑越小，顆粒分布變得相對(duì)均勻；而當(dāng)顆粒粒徑大于1μm時(shí)，粒徑增大對(duì)顆粒濃度分布的影響已不明顯。④探索了Pclet數(shù)對(duì)懸浮液顆粒濃度平衡分布的影響。當(dāng)Pe10