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萃取柱内液-液两相流CFD-PBM模拟研究进展

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过程工程学报 2012年第4期12卷 702-711页

作者：李少伟景山张琦吴秋林清华大学核能与新能源技术研究院核化学工艺研究室北京100084 中国核电工程有限公司化工所北京100840

对萃取柱内CFD-PBM模拟研究进行了较详细的综述,包括其基本理论、不同的求解方法及模拟研究现状等.CFD-PBM模拟的基本方程包括流动方程和群体平衡方程,其相互耦合,群体平衡方程涉及破碎与聚并2个关键模型.群体平衡模型的求解方法包括直... 详细信息

对萃取柱内CFD-PBM模拟研究进行了较详细的综述,包括其基本理论、不同的求解方法及模拟研究现状等.CFD-PBM模拟的基本方程包括流动方程和群体平衡方程,其相互耦合,群体平衡方程涉及破碎与聚并2个关键模型.群体平衡模型的求解方法包括直接离散化方法、矩量法、正交矩量法、直接正交矩量法、分段正交矩量法等,对这些方法的原理、优点和缺点进行了综述.目前国际上关于萃取柱内CFD模拟采用较多的是简单的欧拉-欧拉两相流模拟,考虑液滴尺寸分布和进一步的浓度分布的群体平衡模型应用较少.完善伴随传质的液-液分散体系的群体平衡模型,并将其应用于不同类型的萃取柱中,是萃取分离学科的重要任务.

关键词：计算流体力学模拟萃取柱群体平衡模型液-液两相流

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被动式微混合器内液-液两相流的研究进展

山西化工 2023年第7期43卷 13-15页

作者：王梦娜张珂田晋平李秉正太原科技大学环境与资源学院山西太原030024

微通道内的液-液两相流反应混合与传质效率高,反应速度快,同时可以有效控制化学反应过程,降低安全隐患。综述了被动式微混合器内液-液两相流的最新研究进展,两相流的混合与传质主要受流体物性、流速、微通道尺寸和几何特征的影响,在微... 详细信息

微通道内的液-液两相流反应混合与传质效率高,反应速度快,同时可以有效控制化学反应过程,降低安全隐患。综述了被动式微混合器内液-液两相流的最新研究进展,两相流的混合与传质主要受流体物性、流速、微通道尺寸和几何特征的影响,在微通道内加入障碍物和凹槽,流体分流或引入二次流,可以有效改善液-液两相流的混合与传质。

关键词：微通道被动式微混合器液-液两相流混合传质

大深宽比双T形微通道内液-液两相流可视化研究

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化工进展 2014年第10期33卷 2583-2587,2654页

作者：屈健王谦韩新月何志霞邵霞江苏大学能源与动力工程学院江苏镇江212013

通过高速摄像对水力直径0.176mm、深宽比2.4的双T形矩形微通道内的液-液两相流动进行了可视化实验研究。改变连续相(硅油)和分散相(水)的流量比,记录分析了微通道不同部位油-水两相流的流型和流型发展演化情况。实验结果表明,在微通道上... 详细信息

通过高速摄像对水力直径0.176mm、深宽比2.4的双T形矩形微通道内的液-液两相流动进行了可视化实验研究。改变连续相(硅油)和分散相(水)的流量比,记录分析了微通道不同部位油-水两相流的流型和流型发展演化情况。实验结果表明,在微通道上游T形部位的油-水两相流型主要包括滴状流、弹状流、波平行流和平行流;在微通道的中间部位,绘制了基于水和硅油量纲为1韦伯数的流型图,并将其与相关文献进行了比较。同时,发现微通道内液塞及液滴的长度(量纲为1)与油/水流量比之间存在线性关系,液塞/液滴速度比两相混合物表观速度大,建立了能够准确描述液塞/液滴运动速度的实验拟合公式。最后,研究了液滴在微通道下游T形部位的行为,观察到断裂和不断裂两种模式并进行了分析,给出了划分断裂与否的流型图。

关键词：微通道可视化液-液两相流流型

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微通道内液-液两相流研究进展

化工进展 2013年第8期32卷 1743-1748页

作者：唐静张旭斌蔡旺锋陈丹王富民天津大学化工学院天津300072

从流型、传质和应用3个方面,介绍了近年来微通道内液-液两相流的研究进展。液-液两相流型研究内容主要有两部分,即流型的观察、流型谱图的绘制以及考察多种因素对流型的影响,但是具有普适性的流型谱图和流型转变线仍未提出。液-液两相... 详细信息

从流型、传质和应用3个方面,介绍了近年来微通道内液-液两相流的研究进展。液-液两相流型研究内容主要有两部分,即流型的观察、流型谱图的绘制以及考察多种因素对流型的影响,但是具有普适性的流型谱图和流型转变线仍未提出。液-液两相传质研究方法包括实验研究和数值模拟两种,主要研究在液滴流、弹状流和平行流3种稳定流型下的传质过程;且相对于定性研究,定量的传质研究较少。对于微通道内液-液两相流应用研究,主要体现在萃取、材料合成、生物结晶等方面。此外,对今后微通道内液-液两相的流型、传质和应用研究进行了展望,指出需从实验与模拟计算相结合以及拓展微通道内液-液两相流的应用研究两个方面进行深入研究,推进其工业化进程。

关键词：微通道液-液两相流流型传质

微撞击流螺旋管反应器内液—液两相流的流动传质特性研究

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微撞击流螺旋管反应器内液—液两相流的流动传质特性研究

作者：王逸夫四川大学

学位级别：硕士

微通道反应器具有高效、精准可控、安全性高等特点,在传递和反应方面性能优异。目前已有的研究都主要针对低处理量的微反应器,提高处理量一直是微化工技术的一个重要挑战。本文基于撞击流技术和微螺旋反应器的优势,开发设计了微撞击流... 详细信息

微通道反应器具有高效、精准可控、安全性高等特点,在传递和反应方面性能优异。目前已有的研究都主要针对低处理量的微反应器,提高处理量一直是微化工技术的一个重要挑战。本文基于撞击流技术和微螺旋反应器的优势,开发设计了微撞击流螺旋管反应器(Micro-impinging Stream Helical Reactor,简称MISHR微反应器),以实现高效、高通量的微反应过程。对于多相流系统而言,传质效率高度依赖于流体流动状态、流速和反应器结构。同时,微反应器结构很大程度上会对流体流动状态产生重要影响。目前的工作大多是从两相流的浓度、温度等操作条件入手讨论,微螺旋管的曲率、螺距等结构参数对微尺度混合特性和传质效果的影响尚未深入研究。因此研究微螺旋管的几何参数对液-液两相流混合、传质的贡献,有助于为MISHR微反应器等类型的液-液过程微反应器的设计优化提供参考。本文在研究MISHR微反应器内液-液两相的流动特性时,采用水-煤油作为实验体系,并借助高速摄像机对MISHR微反应器内液-液两相流流动进行可视化研究,考察了几何结构、体积流量及流量比对流体流动的影响,以探究MISHR微反应器内流体的流动规律。研究结果表明,和直管微通道相比,MISHR微反应器能够有效扩大段塞流的范围,并且有效减小分散相液滴的长度,提供更大的比表面积,更有利于传质;体积流量和两相流量比的增加也会导致段塞流中分散相液滴的长度减小、比表面积增大;螺距越小的MISHR微反应器内分散相液滴的比表面积越大,对传质过程的强化作用越明显。相比于直管微通道中分散相液滴呈前后端对称状,MISHR微反应器内分散相液滴发生变形,外观上更像子弹头形状,这种变形进一步增强了表面更新速率、径向混合和内部再循环。本文在研究MISHR微反应器内微观混合特性时,采用碘化物-碘酸盐平行竞争反应体系分别表征了不同几何参数的MISHR微反应器的微观混合效率。研究结果表明,MISHR微反应器中由于螺旋结构的存在,离集指数Xs显著小于普通直管微通道,微观混合性能得到大大提高;而且微螺旋管的曲率越小、内径越小,流体的二次流强度越大,对于微观混合过程的强化作用越明显;酸溶液浓度的降低和体积流量的增加有利于MISHR微反应器内微观混合过程的进行;离集指数Xs随着管长的增加而减小,但减小幅度不大,因此当体积流量达到一定程度时,通过延长管长的方法对MISHR微反应器的微观混合性能影响不大。本文系统研究了曲率、螺距、内径、管长和体积流量、体积流量比对MISHR微反应器内铜离子萃取过程的影响。在MISHR微反应器中总体积流量为60 m L/min时,接触时间仅为0.15 s,萃取率可达到73.99%,Ka为4.49 s,萃取级效率为99.48%,基本上接近萃取平衡。实验结果表明,小曲率、低螺距、小内径、长管长的MISHR微反应器具有更优异的传质效果,这样的结构增强了螺旋管中的二次流强度,实现更好的混合效果。MISHR微反应器的Ka普遍比传统液液宏观萃取器高两到三个数量级,比其他液液微反应器高一个数量级,说明MISHR微反应器可以实现高通量和大大缩短过程时间的目标。本文基于撞击流技术和微螺旋反应器的优势,设计了适用于高通量体系的MISHR微反应器;利用流型可视化和实验性能研究相结合的方式,探究了MISHR微反应器对混合和传质过程的强化机理,系统地研究了微螺旋管的几何参数对液-液两相流混合传质的贡献,有效验证了MISHR微反应器的高效、高通量特性,为各类液-液过程微反应器的设计优化提供参考。

关键词：螺旋管微反应器液-液两相流流体流动微观混合传质

萃取柱内液—液两相流CFD-PBM模拟研究进展

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萃取柱内液—液两相流CFD-PBM模拟研究进展

液-液两相流在微型T型管的流动和相分配特性研究

中国核学会2011年学术年会

作者：李少伟张琦景山吴秋林清华大学核能与新能源技术研究院中国核电工程有限公司化工所

计算流体力学(CFD)模拟已经越来越多的得到化工研究者的关注,逐渐成为化工研究一个重要的工具,而萃取柱内液-液两相流CFD模拟的工作目前还处于起始阶段,有很大发展空间,本文的主要目的就是对萃取柱内两相流的CFD模拟方法进行一个较系统... 详细信息

计算流体力学(CFD)模拟已经越来越多的得到化工研究者的关注,逐渐成为化工研究一个重要的工具,而萃取柱内液-液两相流CFD模拟的工作目前还处于起始阶段,有很大发展空间,本文的主要目的就是对萃取柱内两相流的CFD模拟方法进行一个较系统的综述。由于群体平衡模型是当前两相流模拟研究的一个最主要方法,本文对群体平衡模型进行了较全面的描述,其次对当前一些萃取柱内两相流模拟的算例有选择性的进行了简单介绍,最后给出了开展这一领域模拟研究工作的一个基本的方法策略。

关键词：计算流体力学模拟萃取柱群体平衡模型液-液两相流

来源： cnki会议评论

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液-液两相流在微型T型管的流动和相分配特性研究

作者：林毅深圳大学

学位级别：硕士

近年来,微反应技术在化工行业迅速发展,关于微米级通道内单相流和两相流流动规律研究成为一项重要课题。微通道系统中广泛存在两相流在分歧通道中的流动和分配的现象,其中T型微通道液-液两相流的是此类现象的典型代表。因此,本文选取不... 详细信息

近年来,微反应技术在化工行业迅速发展,关于微米级通道内单相流和两相流流动规律研究成为一项重要课题。微通道系统中广泛存在两相流在分歧通道中的流动和分配的现象,其中T型微通道液-液两相流的是此类现象的典型代表。因此,本文选取不同粘度(10 cst,30 cst、50 cst、100 cst、500 cst)的硅油、煤油和去离子水为工质构建两相体系,利用高速摄像机和显微镜对微通道内的流型进行观测,研究了T型三通道中水-硅油,水-煤油两相液体弹状流、液滴流、环状流、分层流的相分配规律,探究了两相粘度比变化、分支几何结构、通道润湿性等对相分配规律的影响。本文主要工作包括:(1)搭建了微通道两相流实验观察平台,研究了液-液两相粘度比对流型和相分配的影响。实验发现,粘度比小于10的水-油弹状流,水和煤油、硅油在两分支管分配比几乎相等。粘度比大于35的水-油弹状流,当硅油的分配率小于0.5时,结果与低粘度比一致,即两相在两个分支管内均匀分配,油水相分配率保持一致;当硅油的分配比大于0.5时,水相分配率增加,油相分配率保持在0.5。这一反常的相分配现象与高毛细数下油滴分裂模式发生转变有关,当毛细数Ca大于0.022时,油滴分裂从阻塞式分裂向非阻塞式分裂转变,非阻塞分裂时相分配主要是由剪切力主导。(2)研究了流道结构和润湿性对相分配的影响。实验发现,不同分支出口结构(分支出口角度45°、135°、分支出口倒角和分支出口变窄)的弹状流相分配特征依旧是等分配,而分支出口角度45°的结构两相分配更加均匀。通过调节末端流阻,亲水T型三通分层流,可实现油水完全稳定分离。对于疏水T型三通分层流,固定油相进口流速,水相流速增加,油水分配比接近均等分配线;固定水相进口流速,油相流速增加,会使分配特征下移,增加水相分配的效率。

关键词：微型T型三通液-液两相流分离比粘度润湿性

Y型微通道液—液两相流动特性及破裂行为研究

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Y型微通道液—液两相流动特性及破裂行为研究

作者：赵玉婷山东大学

学位级别：硕士

自微机电系统提出以来,工程技术领域开始向微型化方向发展,微流体领域已经成为研究热点。微流控系统因具有微型化、高传质传热性能、强化混合、快速反应、节约能源、更高的稳定性以及易于复制等诸多优点而广泛应用于多相流过程中。研究... 详细信息

自微机电系统提出以来,工程技术领域开始向微型化方向发展,微流体领域已经成为研究热点。微流控系统因具有微型化、高传质传热性能、强化混合、快速反应、节约能源、更高的稳定性以及易于复制等诸多优点而广泛应用于多相流过程中。研究液-液两相流动特性及液滴破裂行为的影响因素,能够为微通道反应器的设计和液滴的精确控制提供依据。本文首先进行了不同入口角度(30°,60°,90°和120°)的Y型微通道内液-液两相流动特性的实验研究。结果表明,在本文的操作流量下,观测到的主要流型为长段塞流和弹状流。长段塞流和弹状流具有相似的生成阶段,即先后经历填充阶段、堵塞阶段和剪切阶段。不同入口角度的微通道内的液滴的生成时间不同,入口角度为30°和120°的液滴生成时间接近且比较长,入口角度为60°的液滴生成时间最短,其次为90°的。液滴长度Ld随着连续相体积流量qc的增大而减小,随着分散相体积流量qd的增大而增大。液滴无量纲长度(Ld/W)随着连续相毛细数(Cac)的增大而减小,随着两相流量比q的增大而增大。液滴长度与入口角度的影响关系以60°为分界线,当入口角度小于60°时为负相关,大于60°时是正相关。基于以上因素对液滴长度的影响规律,利用多元回归分析,提出了无量纲液滴长度的预测关联式。其次,对不同入口角度(30°,60°,90°和120°)的Y型微通道内液-液两相流动特性进行了数值模拟研究。基于VOF模型研究了不同入口角度的Y型微通道内液滴形成过程中的连续相速度矢量和两相压力变化规律。发现液滴的形成伴随着两相压力和连续相速度矢量的周期性变化。从微观角度进一步研究了液滴形成过程的机理,并解释了液滴长度随入口角度变化规律的原因。此外,本文采用实验的方法对不混溶的液-液两相流体在对称Y型微通道内液滴的破裂特性进行了研究。在涉及到的两相流量范围下,观测到三种破裂行为:无间隙破裂、有间隙破裂和不破裂。液滴破裂过程中有三个阶段:进入阶段、形变阶段和破裂阶段。破裂过程中子液滴的颈部宽度变化经历两个阶段:快速破裂和细丝破裂。本文考察了破裂行为对流型的影响,发现液滴破裂行为使弹状流区域变小,且观测到新的流型:滴状流。子液滴长度随离散相体积流量和两相体积流量之比的增大而增大,随连续相的体积流量和毛细数的增大而降低。基于两相流动参数对子液滴长度的影响规律,提出了预测性能良好的子液滴长度关联式。

关键词：微通道液-液两相流 Y型结构液滴长度破裂

微小通道内低Reynolds数液-液两相流动与换热特性实验研究

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化工学报 2021年第3期72卷 1322-1332页

作者：王长亮田茂诚山东大学能源与动力工程学院山东济南250061

实验研究了圆形微小通道内液-液两相流的流动和换热特性。选用去离子水为分散相,高黏度二甲基硅油为连续相。通过处理高速摄像所拍摄的可视化图像,总结了液-液两相流流型和液滴的长度/形状特征。并在此基础上考察了低Reynolds数下液-液... 详细信息

实验研究了圆形微小通道内液-液两相流的流动和换热特性。选用去离子水为分散相,高黏度二甲基硅油为连续相。通过处理高速摄像所拍摄的可视化图像,总结了液-液两相流流型和液滴的长度/形状特征。并在此基础上考察了低Reynolds数下液-液弹状流对微小通道的换热作用。结果表明,平均Nusselt数随着Reynolds数的增加而增加,且油水比越大传热系数增加幅度越明显。Nu随着含水率的增加而降低。虽然含水率增加会使两相平均热容量提高,但在低Reynolds数下,这种提高被其长液滴内较弱的循环强度所抵消。选用三种不同形式接头在相同混合速度和含水率的情况下生成不同长度的液滴,发现短液滴更有利于换热。相同工况下,液滴长度的优化可以使整体传热系数提高近26%。

关键词：微小通道微流体学液-液两相流弹状流传热