微纳多孔介质中气体输送规则网格模型研究
微纳多孔介质中的气体输送研究涉及到多个应用领域，在分子筛、催化、生物和医药、微反应器、分离提纯等领域具有种种潜在的用途。微纳多孔介质的孔道结构尺寸在微纳量级，孔道尺寸的狭小对气体介质的流动和传质规律影响较大，因此如何对其进行有效的理论描述是人们关注的重要问题之一。本文探讨采用孔隙网络模型来描述微纳多孔介质中的气体输送。论文针对过渡流问题，用“点-键”模型构建了微纳多孔介质气体输送的规则网格模型，对“十”和“井”字微通道进行计算，并与采用直接模拟MonteCarlo(DSMC)方法的计算结果进行对比，以论证孔隙网格模型用于微纳多孔介质气体输送的可行性。本文的主要工作和成果如下：
(1)研究过渡流问题中“点-键”模型中“键”参量的描述。将“十”字型微通道全场DSMC模拟结果与“十”字中各直微通道DSMC模拟结果以及直微通道理论公式的计算结果进行对比分析。结果表明：在压力边界条件相同的情况下，其内部压力分布以及速度分布基本一致，质量流量误差在5％的误差范围，直微通道的理论公式可用于描述“点-键”模型中“键”参量。
(2)考察“点-键”模型中“点”参量的影响因素，分析了若按传统孔隙网络将cross区域看作一个“点”（即将忽略cross区域的阻降）对全场压降等的影响。本文拟合cross区域无量纲压差比与长径比的关系，从拟合关系式来看，当长径比达到70:1后，cross区域的压降、压差比已经降到1％以下，其影响可忽略，cross区域可简化为传统孔隙网络中的“点”。
(3)构建微纳多孔介质气体输送网格模型，网格模型的基本单元为“点”与“键”。模型中设“点”的阻降为0，“键”的阻降则用理论公式描述。同时在“井”字型微通道中应用，将计算结果与采用DSMC模拟结果进行对比，微纳多孔介质气体输送网格模型在过渡流领域具有较普遍的适用性。
本文从“点-键”模型入手，研究了“键”的适用性以及“点”在气体传输时候的特性，并用“点-键”模型构建微纳多孔介质气体输送网格模型。为微纳多孔介质内部气体输送研究提供了新方法和新思路。
微纳多孔介质;网格模型;微流动参量;DSMC模拟;气体输送规则
浙江工业大学
硕士
化工过程机械
陈冰冰;郑三龙
2010
中文
TB383;TB302.1
2011-08-03（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）