喷射反应器内液-液快速反应的数值模拟

对于复杂快速反应,反应物之间能否快速均匀地混合是影响反应转化率、选择性和收率的重要因素,而喷射器作为一种高效混合设备,以它固有的优越性,越来越受重视。本文以酸碱快速中和反应为例,利用CFX5软件,采用k-s模型．将主动流体与引射流体的速度,在不同比值下对反应的影响作了模拟,结果表明,流速比决定反应的速度,流速比越大则反应越快,消耗的动力也越多,因此对于实际的喷射反应器,它必然有一个最优的速度比值。另外,本文还对流速比确定,不同反应物浓度比对反应的影响进行了模拟,结果表明浓度比对反应的影响很小,可以忽略。     

基于Poisson-Nernst-Planck模型的微通道电渗流数值模拟

采用由电解质溶液离子输运Nernst-Planck方程、流体运动Navier-Stokes方程和电场Possion方程建立的Possion-Nernst-Planck模型,应用有限元分析方法研究二维光滑微通道电渗流输运特性和离子分布。对比分别基于Possion-Nernst-Planck模型和Poisson-Boltzmann模型数值模拟结果,结果表明:Possion-Nernst-Planck模型能更准确地模拟计算微通道中的电渗流输运特性和离子分布。     

微通道换热器的数值模拟和结构优化

为提高微通道换热器的换热效率,利用COMSOL耦合求解流动和传热方程,对微通道换热器换热特征进行数值模拟.通过分析微通道换热器的温度、微通道的入口与出口的压差以及微通道换热器的总热阻等参数,对其换热性能进行评估.优化微换热器的几何结构可以有效提高换热性能.数值模拟结果表明：当微通道的高宽比为0.8、微通道与间隔的宽度比为0.6、微通道数为71时热阻最小,换热性能最佳.     

喷射器内液—液湍流反应过程的数值模拟

利用两环境矩直接积分模型(DQMOM)对喷射器内液液平行-竞争反应体系进行了研究,结果表明:在固定引射流速的情况下,随着喷嘴速度的增加,平行-竞争反应的选择性越来越高, 副反应的转化率越来越低;在固定喷嘴流速的情况下,随着引射流体速度的增加,平行-竞争反应的选择性越来越低,副反应的转化率越来越高;速度比一定时,喷嘴绝对速度值越大,副反应的转化率越低.     

轻汽油醚化反应器内流动状况的数值模拟

为了解决某石化公司轻汽油醚化反应器的放大问题,本研究采用CFD方法对轻汽油醚化反应器内的流动状况进行模拟研究。通过模拟计算得到滴流床反应器内气液两相流动状况,为反应器的选型与设计提供依据。研究表明,该醚化反应器中的流动处于滴流床流型,气液两相均以连续相的形式存在。     

基于光线追迹的方形微通道X光器件模拟

为研究方形微通道X光器件的成像特性,基于光线追迹法建立了一种方形微通道X光器件的数学模型。利用数值模拟的方法对比了方形微通道X光器件和传统多毛细管X光器件的传输效率,研究了方形微通道X光器件的潜在光源位置分辨能力、光斑形貌等成像特性。证实了方形微通道X光器件在深空探测和空间X射线成像领域的潜在应用价值。     

中心氧配比对GE气化炉内冷态流场分布影响的数值模拟研究

以三通道雾化喷嘴GE水煤浆气化炉为研究对象,应用Fluent软件分别对中心氧体积分数为14%,16%,18%和20%时气化炉内三维冷态流场进行了仿真模拟,考察不同中心氧配比对气化炉内流场分布、颗粒浓度分布和颗粒停留时间的影响。采用标准κ-ε模型描述气相湍流流动,通过SIMPLE算法求解压力速度耦合方程:采用DPM模型描述气体和颗粒相耦合,用随机轨道模型追踪水煤浆颗粒的运动。模拟结果表明:相对于其他3种情况,当中心氧体积分数为16%时,气化炉内流场分布最为合理,颗粒浓度分布最为均匀,颗粒停留时间最长。该分析结果可为实际气化炉的操作参数优化提供指导。     

三元催化转化器内部流场的数值模拟

随着计算机技术的发展,数值模拟已经成为研究三元催化转化器的重要手段。本文在考虑冷态流场分布及将尾气看作空气做湍流的基本假设下,运用数值模拟软件FLUENT,采用四面体混合型网格,选取k-￡模型、多孔介质模型和质量入口等边界条件,建立了三元催化转化器的物理与数学模型,对三元催化转化器内部流场进行了数值模拟研究,获得了其内部压力场、湍动能及速度场的分布状况。研究结果表明,在扩压管附近、收缩管内壁和衬垫外壁之间均形成涡流区;三元催化转化器出口处速度场急剧变化,造成能量较大损失,因此要注重三元催化转化器扩压管与收缩管锥角的设计。随后运用所建立的模型对不同扩压管与收缩管长度下的三元催化转化器内部流场进行模拟,得出该工况下最优的三元催化转化器尺寸为收缩管长21 mm,扩压管长33 mm,并验证该尺寸下三元催化转化器工作状态较优。     

微通道内两相流动的耗散粒子动力学模拟

使用了一种两相的耗散粒子动力学模型来模拟微通道内两相流动相变过程,采用改进了的Verlet速度算法,得到了微通道内流体的速度分布图.DPD粒子流动过程中,粒子出现团聚和稀化的现象,表明流体开始出现汽化.计算结果表明,耗散粒子动力学(DPD)方法可以用于对微通道里的相变过程进行模拟.     

微通道内气液传质过程比表面积的测定

为了确定微通道中气液两相传质过程中流动体系的比表面积a以及液相传质系数k_L,以此来确定工艺设计及操作的具体参数。本文利用高速摄像系统对微通道中二氧化碳-蒸馏水传质过程Taylor气泡的变化过程进行了测定,并利用自编图像处理软件和MATLAB软件编程计算得到了流动体系的比表面积a。结果显示,a随着气相流速的增大而增大,但随着液相流速的增加,有所减小,且较常规通道中的比表面积大1~2个数最级。利用k_La预测公式计算得到了液相传质系数k_L,在微通道中的k_L数值与常规管道中的数值基本一致,k_L数值几乎不随着气相流速的改变而变化,在相同的气相流速下,随着液相流速的增加而有所增大。     

微流体温度控制器的数值模拟与特性分析

为了满足微电子封装过程对器件温度变化的精确控制,提出一种快速升降温的微型流体温度控制器,并采用流体力学软件FLUENT对温度控制器的液体—固体—空气一体化的流动—热传导过程进行数值模拟。在给定进口液体温度变化特征的情况下,通过数值分析考察控制器表面温度对进口液体温度变化的响应特性,包括时间跟随性(传热灵敏度)和温度变化振幅的衰减率(传热效率)。考察了控制器结构尺度、进口液体速度、温度变化波形、周期等参数对温度控制器的特性影响。结果表明:控制器厚度增加,控制器表面温度变化幅值衰减增大;控制器进口流速大,控制器表面温度变化幅值衰减率小;进口液体温度变化周期短,传感器表面温度变化幅值衰减增大;进口温度变化方形波的传热效率大于三角波形;传感器表面温度变化周期与进口温度周期相同,但存在相位差。     

石墨烯微通道散热器的传热特性

为了改善传统微通道散热器的传热特性,提出了一种新型的微通道散热器,相较于传统直通道散热器,不仅增加了横向通道,而且在传热板的下表面覆加了具有超高热导率的石墨烯层,利用数值分析的方法研究添加了横向通道和石墨烯层后的微通道散热器和传统直通道散热器的传热特性。结果表明:横向通道的加入降低了微通道散热器受热面最高温度、最低温度和温差,并且随着热通量的增加,降低幅度增大。石墨烯层的加入使温差大幅度降低,进一步改善了散热效果。     

微通道导引下数字微流体快速混合

微流体混合是微流控芯片急需完善的重要操作单元,提出了在声表面波驱动下实现微通道内数字微流体快速混合方法.在1280YX-LiNbO3基片上设计相互垂直排列的两叉指换能器和反射栅,并在其声传播路径上制作微通道且进行疏水处理以防止微流体偏离运动方向,待混合的数字微流体移液于微通道中,分别在两叉指换能器上分时加RF电信号激发相互垂直声表面波,以驱动微通道中微流体输运、合并及快速混合.输运实验结果表明微流体在没有微通道时运动发生严重偏离声传播方向;混合实验表明:相比于自由扩散混合,声表面波作用极大地提高微通道中微流体混合速度且混合程度更高.     

扩散式旋风除尘器三维气相场的数值模拟

采用计算流体动力学(CFD)的数值方法,用RSM模型模拟计算扩散式旋风除尘器内气相流场的三维速度分布和压力分布。模拟结果显示:在反射屏以下部分,其速度和压力变化不明显;反射屏顶部以上速度呈"三峰"对称分布;压力损失最大的位置在排气管下端与进气口下端相平齐的位置。     

撞击流反应器内气固两相流动的数值模拟

采用标准k-ε湍流模型和颗粒轨道模型模拟了水平撞击流反应器内的气相流场和颗粒运动,实验采用压力计和PV4A光纤速度测量仪测量了整体压力损失和颗粒沿喷嘴轴线的速度变化,模拟得到的规律和实验结果基本吻合。通过模拟还得到了单侧颗粒进料时的颗粒运动特征、颗粒的最大渗透深度和平均飞行时间等信息。结果表明,撞击区域集中在2～3倍喷嘴直径范围之内,气流场的速度和压力呈对称分布,颗粒进入反向气流后速度急剧衰减,最大渗透深度约为喷嘴直径的2倍,颗粒的平均飞行时间在0.7 s～1.8 s之间。随着喷嘴气流速度的增加,颗粒物料更容易被气流带走。     

高回流被动式微混合器设计及数值模拟

为了提高混合强度设计了一种高回流被动式微混合器,其反馈通道中的回流延长了混合时间并促进形成涡流,增强了对流和扩散作用。通过优化反馈通道形状和混合腔入口尺寸,该微混合器提升了其回流率和混合强度。利用仿真软件Fluent分析该微混合器的性能,仿真表明对于给定的微混合器其回流率和混合强度仅仅决定于雷诺数,回流率和混合强度均随雷诺数增大而增大。特别地,当雷诺数低至8.3时,仍可在反馈通道中找到回流;当雷诺数为99.6时,回流率达到24%,混合强度则超过60%。通过对反馈通道倾斜角度参数的模拟,该微混合器的回流率和混合强度均有明显提升。     

空调车室气流流场和温度场的数值模拟

空调车室气流流场和温度场研究是空调车室内气流组织设计及车室内舒适环境评价与研究的基础。空调车室的空气流场数值计算是一复杂热边界条件、气固耦合的传热数值计算问题。该文介绍了空调车室内空气流动的数学模型及复杂边界条件的处理,阐述了车室气流流场和温度场数值模拟采用整体求解法所应注意的问题,SIMPLE和SIMPLER算法的比较,以及通用微分方程中各项的处理方式。最后通过ANSYS／FLOYRAN软件对二维的车室内气流流场和温度场进行模拟,论证了此有限元软件在空调车室数值模拟上的可行性。     

不同结构三通内冷热水混流特性的数值仿真

针对三通管中冷热水混流形成的热波动现象容易诱发管道的热疲劳,进而导致部件失效的问题,研究不同结构对三通管冷热水混流特性的影响.利用大涡模拟（Large Eddy Simulation,LES）方法对不同管径比和不同支管角度模型进行数值仿真.结果表明：支管入流在主管流动压迫下发生折转,从而在支管背流面上部形成涡旋,造成上壁面热波动较下壁面明显;当管径比增大时,在涡旋下通道主管流体流动有效面积减小,冷热流体混流后的热波动程度减弱,需要的掺混区域变长;当支管角度减小时,涡旋逐渐减小,冷热流体混流后的热波动程度减弱,需要的掺混区域同样变长.     

微/纳米冰镊操作器执行过程的数值模拟

冰镊是一种借助于针尖与作用对象之间形成的极微小冰晶来实现对物体灵巧操纵的微/纳米操作技术,应用该器件不仅可以实现如拾取、摆放等简单动作,更可以方便地实施如拉伸、旋转等复杂操作,且不受对象的形状、带电与否、重量、材料以及质地等限制,并可与其它机构结合,组成微观意义上的自动化设备.针对冰镊的工作原理,基于相应的流体力学及传热学数学模型,从数值计算角度对微纳米尺度下冰镊的执行过程进行了模拟,在此基础上可望更好地理解冰镊的工作状态及控制过程,从而有助于设计优化新的微/纳米冰镊器件.