吸收过程自然对流非稳态数值模拟

传质过程中液相密度变化导致的自然对流,改变了液相流动状态,对传质有着较大的影响。利用纹影仪光学方法,获得了乙醇吸收CO2过程中自然对流的纹影图像;并通过吸收传质流体CFD模型,应用有限元方法对气液吸收过程中出现的自然对流发生过程进行了数值计算,得到了液相自然对流发生时的非稳态流场分布和浓度分布信息。分析结果表明传质过程中当自然对流发生后,促进了液相表面更新,加强了传质效果,在考察相际传质过程时,应充分考虑自然对流对传质速率的影响。     

气液交叉流阵列PM2.5热泳和扩散泳拟传质模型

基于气溶胶中PM2.5微细颗粒物拟流体特性,对气液交叉流阵列中PM2.5在气溶胶流体传热传质边界层内热泳和扩散泳运动进行拟传质机理分析,与跟随气体的对流传质相叠加,建立了气液交叉流阵列PM2.5热泳和扩散泳拟传质模型,并进行了实验检验。实验在固定对流条件下,考察了不同气液相温度差导致的热泳、不同气相湿度差导致的扩散泳和颗粒粒径等因素对气液交叉流阵列PM2.5拟传质系数的影响。实验数据统计值与模型表达趋势一致,在初始温差40℃、初始湿度0.118 kg/kg条件下,100排气液交叉流阵列PM2.5拟传质系数模型预测值为3.33×10~(-3)m/s、实验值为3.75×10~(-3)m/s。     

气液交叉流阵列PM2.5热泳和扩散泳拟传质模型

基于气溶胶中PM2.5微细颗粒物拟流体特性，对气液交叉流阵列中PM2.5在气溶胶流体传热传质边界层内热泳和扩散泳运动进行拟传质机理分析，与跟随气体的对流传质相叠加，建立了气液交叉流阵列PM2.5热泳和扩散泳拟传质模型，并进行了实验检验。实验在固定对流条件下，考察了不同气液相温度差导致的热泳、不同气相湿度差导致的扩散泳和颗粒粒径等因素对气液交叉流阵列PM2.5拟传质系数的影响。实验数据统计值与模型表达趋势一致，在初始温差40℃、初始湿度0.118 kg/kg条件下，100排气液交叉流阵列PM2.5拟传质系数模型预测值为3.33×10^-3 m/s、实验值为3.75×10^-3 m/s。     

非等物质的量反扩散对流化床内煤颗粒燃烧的影响

采用理论推导法,研究了流化床密相区内煤颗粒燃烧过程中非等物质的量反扩散作用,对传质边界层内气体组分传递过程的作用机理,并对比了非等物质的量反扩散和等物质的量反扩散两种条件下,煤颗粒表面气相传质系数k_g和k_(g,em)及无量纲数Sh和Sh_(em)之间的数学关系.分析表明,非等物质的量反扩散作用使颗粒表面边界层内出现宏观气体流动,抑制O_2分子向颗粒表面扩散.随着边界层内气态生成物CO和CO_2物质的量比η的升高,边界层内由颗粒表面向密相区的气体宏观流动增强,对传质过程的阻碍作用增大.当边界层内O_2的体积分数梯度下降时,驱动O_2向颗粒表面扩散的作用力减弱,宏观气相运动作用对O_2分子扩散的抑制加强.     

方腔内双扩散混合对流数值模拟

对内置发热圆的方腔内双扩散混合对流现象进行了数值模拟研究。发热圆位于方腔中心,流体从方腔左侧底部流进,右侧顶部流出。首先,分析了在不同Richardson数Ri下方腔内的流动特性,发现Ri=0.001时方腔内部流动出现了振荡现象,而Ri=1.0时流动处于稳定状态。其次,研究了流动处于稳定状态时,Lewis数Le及浮升力比Br对方腔内双扩散混合对流的影响,得出平均Nusselt数Nu_av和平均Sherwood数Sh_av随着Le及Br的变化规律,可为空间内部污染物处理、热舒适性研究以及烟气控制等提供理论参考。     

方腔内双扩散混合对流数值模拟

对内置发热圆的方腔内双扩散混合对流现象进行了数值模拟研究。发热圆位于方腔中心,流体从方腔左侧底部流进,右侧顶部流出。首先,分析了在不同Richardson数Ri下方腔内的流动特性,发现Ri=0.001时方腔内部流动出现了振荡现象,而Ri=1.0时流动处于稳定状态。其次,研究了流动处于稳定状态时,Lewis数Le及浮升力比Br对方腔内双扩散混合对流的影响,得出平均Nusselt数Nuav和平均Sherwood数Shav随着Le及Br的变化规律,可为空间内部污染物处理、热舒适性研究以及烟气控制等提供理论参考。     

ZrO2陶瓷注射成型超临界CO2流体脱脂动力学研究

用传统扩散方程建立了描述ZrO2陶瓷注射成型超临界流体脱脂过程的传质模型,研究分析了陶瓷注射成型超临界流体脱脂行为和脱脂的动力学过程。研究结果表明：有机粘合剂的溶解和扩散是陶瓷注射成型超临界脱脂过程关键因素,其中扩散为控制步骤。当脱脂时间足够长,模型计算曲线与实验结果吻合。通过实验数据,利用简单的理论模型可以得到相应的扩散系数。利用传质模型可以预测陶瓷注射成型超临界脱脂过程传质速率和萃取动力学。     

双组分扩散过程界面湍动现象观察

利用激光纹影仪对静止、水平流动以及降膜流动的乙醇水溶液双组分扩散过程中传质导致的界面对流结构进行了观察,同时考察了温度、液层厚度、流体运动状态等因素对界面对流结构的影响.研究结果有助于寻求增进传质的有效途径,并且为传质界面湍动现象的理论分析提供实验依据.     

质量传递现象方程

文章首先介绍了传统理论的质量传递机理,即分子扩散和对流扩散,并说明了对流扩散中有层流和湍流之分;然后以分子、分子微团和涡流微团为研究尺度,针对不同方向、不同流动状态的质量传递现象,运用质量传递通量概念,推导出质量传递通量表达式;最后归纳出质量传递现象方程,揭示了质量传递机理。     

流态化模拟:基于介尺度结构的多尺度CFD

介尺度结构是研究气固流态化多尺度行为的关键。传统的基于平均化处理方式的双流体模拟不能准确描述流化床中的多尺度流动和传递行为。相较而言,基于能量最小多尺度(EMMS)方法的结构多流体模型(SFM)基于局部空间(网格)内的非均匀介尺度结构流动特征,其宏观预测结果与网格分辨率基本无关,因而可以大幅降低模拟计算量。基于SFM模拟得到的流动结构,EMMS多尺度传质模型进一步成功解释了传统传质文献中的数据差异。集成上述模型,形成了一整套模拟流化床流动-传递-反应耦合过程的多尺度计算流体力学(CFD)方法,并将其应用于预测循环流化床中典型的S型轴向分布、揭示噎塞转变的机理以及流化床放大困难的原因。多尺度CFD使工业规模循环床的三维、全系统、动态流动-反应耦合过程的准确模拟成为可能,并为实现从模拟向实时虚拟过程转变的目标打下基础。     

基于格子Boltzmann方法的封闭三角腔自然对流的数值模拟

建立了二维不可压缩D2G9格子Boltzmann模型,耦合二维TD2Q5热格子Boltzmann模型,在非平衡态外推的边界条件下,首先对不同Eckert数(Ec)和Prandtl数(Pr)时Couette流的温度场进行数值模拟,计算结果与解析解吻合良好,且在Ec变化很大的条件下,计算结果仍与解析解相符,验证了模型的准确性和稳定性. 然后对封闭三角空腔内不同Rayleigh数(Ra)下的自然对流流场和温度场进行了数值模拟,结果与文献计算值吻合良好,说明格子Boltzmann方法的TD2Q5热模型可用于高Ra时的空腔热流动模拟.     

强制气流作用下溶液蒸发过程的传质规律

针对强制气流作用下溶液的蒸发过程,在分析气液相间力学特性的基础上,根据Levich涡流衰减理论和边界层理论,将气流流动状态与相间传质结合,研究了湍流气流横掠液面过程中气液相间的传质变化规律,分析了雷诺数、气流流道结构及普朗特混合长度对传质的影响,得到了气液相间的湍流质扩散系数的变化规律,湍流气流横掠液面条件下的对流传质准则数Sh=0.221Sc1/3Rex1/2. 结果表明,湍流扩散系数、传质系数与气流的流动状态密切相关,气流流道结构对气液相间的传质有重要影响.     

运动颗粒对传质过程影响的格子Boltzmann模拟

颗粒的主动运动对传质过程有重要影响.以表面恒浓度的二维球形颗粒为研究对象,采用耦合传质的格子Boltzmann方法(LBM)模拟了颗粒在自旋和振动两种情况下的相间传质过程.选择浸入运动边界法和非平衡态外推法处理运动颗粒边界,研究了颗粒自旋速度、颗粒振幅及振动频率对传质过程的影响.结果表明,中等雷诺数的自旋颗粒绕流中,随...     

Lattice Boltzmann simulation of alumina-water nanofluid in a square cavity

A lattice Boltzmann model is developed by coupling the density (D2Q9) and the temperature distribution functions with 9-speed to simulate the convection heat transfer utilizing Al₂O₃-water nanofluids in a square cavity. This model is validated by comparing numerical simulation and experimental results over a wide range of Rayleigh numbers. Numerical results show a satisfactory agreement between them. The effects of Rayleigh number and nanoparticle volume fraction on natural convection heat transfer of nanofluid are investigated in this study. Numerical results indicate that the flow and heat transfer characteristics of Al₂O₃-water nanofluid in the square cavity are more sensitive to viscosity than to thermal conductivity.     

界面传质中Rayleigh对流的格子Boltzmann模拟和实验验证(英文)

Concentration gradient induced Rayleigh convection can influence effectively interfacial mass transfer processes, but the convection phenomena are known as mesoscopic and complex. In order to investigate this phe-nomenon, a two-equation Lattice Boltzmann Method (LBM) is proposed to simulate the velocity and the concentra-tion distributions of Rayleigh convection generated in the CO2 absorption into ethanol liquid. The simulated results on velocity distributions are experimentally verified by PIV (particle image velocimetry technique) measurements. In order to simplify the analysis, the convection in the simulation as well as in the experiment, the Rayleigh convec-tion was manipulated into a single down flow pattern. The simulated results show that the concentration contours agree qualitatively with the schlieren images in the literature. The experimental and simulated results show that the Rayleigh convection under investigation is dominated by the flow in the downward direction and impels exchange of the liquid between the interfacial vicinity and the liquid bulk promoting the renewal of interfacial liquid, and hence enhances mass transfer. The comparison between the simulated and experimental results demonstrated that the proposed LBM is a promising alternative for simulating mass transfer induced Rayleigh convection.     

采用格子Boltzmann方法模拟解吸过程中的Rayleigh对流

应用二维非稳态格子Boltzmann方法研究了异丙醇-水溶液和丙酮-乙酸乙酯溶液解吸过程中Rayleigh对流的临界开始时间、流动特征及其对界面传质的影响,并与相关文献对比. 结果表明,临界开始时间随界面浓度增加呈先缓慢增大再迅速增大最后趋于稳定的变化趋势. Rayleigh对流结构经历了从有序到无序的发展过程,是不断更新的耗散结构. Rayleigh对流主要作用于液相主体,使液相主体具有较大的湍动速度(10-4~10-3 m/s). 液相主体中存在许多循环流动,促进了界面更新及界面与液相主体之间液体的交换与混合. 传质增强因子(介于2~6之间)表明Rayleigh对流能有效提高解吸过程传质速率,强化界面传质过程.     

Simulation of interfacial Marangoni convection in gas-liquid mass transfer by lattice Boltzmann method

Interfacial Marangoni convection has significant effect on gas-liquid and/or liquid-liquid mass transfer processes. In this paper, an approach based on lattice Boltzmann method is established and two perturbation models, fixed perturbation model and self-renewable interface model, are proposed for the simulation of interfacial Marangoni convection in gas-liquid mass transfer process. The simulation results show that the concentration contours are well consistent with the typical roll cell convection patterns obtained experimentally in previous studies.     

格子Boltzmann方法模拟咸水吸收CO2的Rayleigh对流过程

由溶解的CO₂引发的Rayleigh对流,对咸水层中CO₂的捕获与封存至关重要。为了更加直观地了解该过程的混合规律和盐浓度变化带来的影响,本文采用格子Boltzmann方法（LBM）对该过程进行了模拟。通过建立包含密度和浓度分布函数的双分布模型,同时引入静电力和体积力等外力项,对293.15K、101kPa下有多个离散的CO₂扩散源时的浓度分布进行了模拟。结果表明,模拟得到的Rayleigh对流结构、对流发生时间、流场速度和瞬时传质通量的数量级与前人研究结果一致;在咸水吸收CO₂过程中,Rayleigh对流结构可有效强化传质;瞬时传质通量随着时间增长先减小后增大再减小,对应了Rayleigh对流结构产生、发展、稳定的变化过程。同时模拟CO₂在纯水和不同盐浓度咸水中的溶解过程结果表明,盐浓度的增加会延迟Rayleigh对流的开始时间、降低传质效率,这与前人的实验结果一致,模拟结果可为不同盐浓度咸水层中CO₂的封存提供指导。     

界面Rayleigh对流现象模拟的格子Boltzmann方法

采用格子Boltzmann方法中带有双分布函数的LBGK模型,在介观尺度上实现了对气液传质过程中界面对流现象的模拟,比较了不同Sc数、Ra数以及有局部浓度扰动的界面溶质扩散,对发生界面Rayleigh对流的临界条件进行了研究,发现临界Ra数在1.0×104—2.0×104之间。模拟结果和已有实验现象一致,证明双分布的LBGK模型适用于界面对流及扩散现象的模拟。     

基于格子Boltzmann方法模拟纳米流体强化传质过程

使用Boltzmann方法对纳米流体中的传质过程进行了模拟,给出了修改后的Boltzmann方程和计算纳米流体中扩散系数的方程,通过两种方法,基于有限体积颗粒的LBE方法和基于点源颗粒的LBE方法进行了模拟,并与宣益民的实验进行了对比。最后计算了CO2在纳米流体中的扩散系数,计算结果表明,纳米流体因为其纳米颗粒的微扰动对传质有着很大的强化效果,为CO2吸收提供了一种新思路,并且证明了纳米流体的强化传质主要是靠对流传质。