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t型微混合器内液相混合的数值模拟

化学工程 2015年第3期43卷 64-69页

作者：齐文哲郭凯赵明恩黄哲庆刘春江刘伯潭天津大学化工学院化学工程联合国家重点实验室天津300072 天津化学化工协同创新中心(天津大学) 天津300072

t型混合器是微尺度条件下探索传递现象的理想模型,通过CFD方法对其内部流体力学性能及混合特征进行研究分析。首先,通过对不同Re数下t型微反应器内混合状态的模拟及分析,验证该方法对t型结构混合的可靠性;其次,通过对t型微反应器内流动... 详细信息

t型混合器是微尺度条件下探索传递现象的理想模型,通过CFD方法对其内部流体力学性能及混合特征进行研究分析。首先,通过对不同Re数下t型微反应器内混合状态的模拟及分析,验证该方法对t型结构混合的可靠性;其次,通过对t型微反应器内流动形态的分析,发现涡结构的产生能够强化混合过程,并提出一种能产生强化混合的涡结构的新型t型反应器的设计理念;最后,对影响新型混合器的不同结构参数进行模拟并分析,得到该设计理念下的最优结构,并对该结构进行进一步分析,发现该结构能够扭曲混合界面以增大接触面积,从而强化混合效果。

关键词： t型微混合器液相混合强化计算流体力学混合效率涡结构

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t型微混合器内混合强化的数值模拟

应用数学和力学 2016年第3期37卷 301-310页

作者：肖水云李鸣杨大勇南昌大学机电工程学院南昌330031 南昌大学信息工程学院南昌330031

为了研究不同混合强化方式对微混合的影响,采用有限元法对t型微混合器内增加壁面非均匀Zeta电势的主动式混合以及嵌入肋板的被动式混合进行了数值模拟.对比分析了3种t型微混合器内流场、速度场和浓度场的分布,并研究了不同t型微混合器... 详细信息

为了研究不同混合强化方式对微混合的影响,采用有限元法对t型微混合器内增加壁面非均匀Zeta电势的主动式混合以及嵌入肋板的被动式混合进行了数值模拟.对比分析了3种t型微混合器内流场、速度场和浓度场的分布,并研究了不同t型微混合器内溶液混合效率与Re和Sc之间的关系.研究结果表明,两种溶液的混合效率随着Re和Sc的增加非线性减小,且减小趋势变缓;嵌入肋板的被动式t型微混合器内的混合效率沿水平微通道方向上存在较大的波动;增加壁面非均匀Zeta电势的主动式t型微混合器内的混合效率沿水平微通道方向上的波动较小,且这种波动在高Re或低Sc时会被抑制.Re对混合方式的强化效果也有很大的影响.当Re较小时,增加壁面非均匀Zeta电势的主动式混合能更好地提高溶液的混合效率,但当Re较大时,嵌入肋板的被动式混合的混合效果更好.

关键词： t型微混合器混合强化电渗流混合效率

基于格子Boltzmann方法的t型微混合器仿真模拟

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基于格子Boltzmann方法的T型微混合器仿真模拟

作者：潘智文东北大学

学位级别：硕士

微机电系统(micro electro mechanical systems, MEMS)是指基于集成电路工艺设计制造并集电子元件与机械器件于一体的微小系统。微混合器作为MEMS的重要组成部件,目前已越来越受到重视,对微尺度流动和液体混合的研究也变得越发重要。物... 详细信息

微机电系统(micro electro mechanical systems, MEMS)是指基于集成电路工艺设计制造并集电子元件与机械器件于一体的微小系统。微混合器作为MEMS的重要组成部件,目前已越来越受到重视,对微尺度流动和液体混合的研究也变得越发重要。物理体系的研究方法可以分为理论研究,实验研究和数值模拟三大类,随着计算机技术的快速发展,数值模拟技术得到了越来越多的重视以及更广泛的应用。格子Boltzmann方法(LBM)作为一种全新的介观模拟方法在近20年得到了快速的发展。LBM既可以分析不连续流场,又相对节约计算量的特点使其在模拟微流体流动和建模方面取得了重要进展。本文基于LBM来对微混合器中流体的混合问题进行模拟。首先介绍了LBM的基础理论,对Boltzmann方程进行了详细的推导,介绍了一些LBM的基本模型和边界处理方法。然后,通过对流体力学中三个典型实例的仿真模拟验证了LBM的可行性与准确性,期间引入了混合指标σ-来评价混合效果的好坏。最后将LBM应用到微混合器流体混合的模拟中,对简单t型微混合器和内肋型微混合器进行了数值模拟,得出了不同的影响因素对混合效果的影响曲线。其中,对于简单t型微混合器,有如下结论：入口速度越小,混合效果越好;混合通道宽度越小,混合效果越好,但混合指数的变化十分微小;碰撞系数越大,流体扩散越快,混合效果越好;粘度系数越大,混合效果越差。对于内肋型微混合器,有：流体的混合效果随着入口速度的减小呈现先变差后边好的趋势;碰撞系数对于高速条件下的混合几乎没有影响,对于低速条件下影响明显;内肋板的长度越大,流体的混合效果越好;周期长度越大,流体的混合效果越差,但混合指数的变化并不大。最后,本文对两种微混合器在不同入口速度条件下的混合性能进行了对比,内肋型微混合器要远远优于简单t型微混合器。

关键词：格子Boltzmann方法 t型微混合器影响因素混合效果

周期电位下t型微混合器内流体的电渗混合研究

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周期电位下T型微混合器内流体的电渗混合研究

作者：蒋衍华北电力大学

学位级别：硕士

微流控技术作为一项新兴技术,在微尺度机械系统、生物医学、新药物的合成与筛选等多个领域正发挥着越来越重要的作用。微混合器作为微流控系统的组成单元之一,其混合效率的高低决定着整个系统性能的优劣。本文选取主动式电渗微混合器为... 详细信息

微流控技术作为一项新兴技术,在微尺度机械系统、生物医学、新药物的合成与筛选等多个领域正发挥着越来越重要的作用。微混合器作为微流控系统的组成单元之一,其混合效率的高低决定着整个系统性能的优劣。本文选取主动式电渗微混合器为研究对象,利用COMSOL Multiphysics软件对t型微混合器内的混合过程进行了数值模拟研究。具体工作及其成果如下:首先介绍了微混合器的应用背景与发展现状。在介绍被动式t型微混合器内流体在不同雷诺数下流型的基础上,分别对被动式微混合器、主动式微混合器加强混合的原理及其前人研究内容作了详细介绍。接着对本文所进行的模拟理论进行了分析。针对模拟所涉及的流场、浓度场、电场等物理场,分别对流体流动、物质扩散、双电层效应等基本理论和约束方程作了介绍。为了评价微混合器混合能力的高低,还介绍了混合效率的计算方法。然后本文在模型的电极上施加三种周期性电位,在一系列周期下分别获取了微混合器出口的混合效率。根据结果可知:周期t较大情况下,混合效率达到相对稳定状态时随时间成周期性波动变化,随着t减小,波动逐渐减小并最终消失;稳定时一个周期内混合效率的均值随频率先增大后减小;还得到了在不同t条件下最节能的电位函数形式。且根据电位条件是方波函数时,一个周期内浓度的变化,对上述得到的结论进行了定性地分析。最后在出口混合效率较高的三个工况的基础上进行了优化。首先改变其中一个函数电位的初始相位,得到部分初始相位可以使混合效率进一步提高,甚至使混合接近完全;接着改变了电极的安装位置和函数电位的施加位置,分别包含电极对称和非对称以及函数电位同侧和异侧等位置工况,共计四种。针对这四种工况,经过数值模拟可得每个t条件下使得混合效率最高的工况,且最高的混合效率也能使混合几乎达到完全状态。本文研究结果对电渗型微混合器的选择、优化具有一定的参考价值。

关键词：电渗混合周期电位 t型微混合器混合效率数值模拟

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障碍物对t型微混合器混合性能的影响

障碍物对T型微混合器混合性能的影响

北京力学会第二十三届学术年会

作者：王文凯刘赵淼北京工业大学机械工程与应用电子技术学院

本文应用Fluent软件数值模拟了无障碍物和四种不同形状障碍物对t型微混合器的混合性能的影响,计算了在不同雷诺数下混合效率和压降,发现障碍物的形状影响着混合性能并得到"工"字型障碍物对混合性能的影响最大。

关键词： t型微混合器障碍物混合效率压降

来源： cnki会议评论

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纳米Cu2O的合成及其光催化性能的研究

纳米Cu2O的合成及其光催化性能的研究

作者：任郑玲大连理工大学

学位级别：硕士

氧化亚铜(Cu2O)是一种典型的p型半导体,禁带宽度约为2.17 eV,由于其在可见光催化方面表现出的优异性能,成为光催化领域的研究热点。Cu2O的催化活性与其形貌、粒度及粒度分布有关,开发一种简单、易控的制备方法是现在研究的重点。沉淀法... 详细信息

氧化亚铜(Cu2O)是一种典型的p型半导体,禁带宽度约为2.17 eV,由于其在可见光催化方面表现出的优异性能,成为光催化领域的研究热点。Cu2O的催化活性与其形貌、粒度及粒度分布有关,开发一种简单、易控的制备方法是现在研究的重点。沉淀法由于过程参数易控、操作灵活等优点应用最广。在沉淀过程中,温度和过饱和度对产品的粒径及均匀度有很大影响。传统釜式反应器存在返混程度大、间歇式操作等缺点,容易导致产品质量不均匀、过程重复性差。微通道反应器具有无返混、比表面积大、传质系数高、可连续化生产等优点,能够有效解决这些问题。本文分别采用t型微混合器与釜式反应器通过沉淀法合成出Cu2O纳米颗粒,探讨工艺条件对产物形貌、粒度及其粒度分布的影响,并表征其光催化性能。主要研究内容如下:1.采用t型微混合器通过沉淀法制备Cu2O纳米颗粒,考察了反应温度、铜源、NaOH浓度、抗坏血酸浓度、进料流量、聚乙二醇的分子量及用量、聚乙烯吡咯烷酮的用量对产品Cu2O的影响。研究表明,通过调节制备工艺参数可以实现对产物粒度及其粒度分布的有效控制;模板剂对样品晶面的选择性吸附,导致样品形貌的差异。2.在同等工艺条件下,对比了t型微混合器和釜式反应器对Cu2O粒度及其粒度分布的影响。研究表明,t型微混合器合成的Cu2O颗粒的粒度更小、粒径分布更窄。3.选用自制的Cu2O纳米颗粒作为光催化剂对甲基橙、甲基紫、亚甲基蓝、酸性品红进行光催化降解,考察了Cu2O的粒径、用量、重复使用次数对甲基橙降解率的影响,并探讨Cu2O光降解甲基橙溶液的动力学模型。研究表明,Cu2O对甲基橙和酸性品红有较好的降解效果,而对甲基紫和亚甲基蓝几乎不降解;Cu2O的用量对甲基橙的降解效果存在一个最佳值;粒径越小,Cu2O的光催化降解效率越高;重复使用4次后,Cu2O依然表现出理想的降解效果;Cu2O光降解甲基橙溶液的动力学曲线较好地符合一级反应动力学模型。

关键词： t型微混合器氧化亚铜沉淀法粒度分布光催化

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微尺度流体流动和混合的LBM模拟

微尺度流体流动和混合的LBM模拟

作者：张李超清华大学

学位级别：硕士

格子Boltzmann方法作为计算流体力学但不限于该领域的一种新兴数值模拟方法,在过去的20年,取得了诸多重要成就。该方法不同于基于对宏观方程离散的传统计算流体力学方法,是一种基于Boltzmann方程的介观模拟方法,具有实现简单、易于并行... 详细信息

格子Boltzmann方法作为计算流体力学但不限于该领域的一种新兴数值模拟方法,在过去的20年,取得了诸多重要成就。该方法不同于基于对宏观方程离散的传统计算流体力学方法,是一种基于Boltzmann方程的介观模拟方法,具有实现简单、易于并行等特点,近年来受到了越来越多的学者的广泛关注。本文介绍了格子Boltzmann方法的基本原理,建立了单松弛格子Boltzmann方法二维和三维模拟程序,并引入多相模型,对泊肃叶流、层流入口段发展、圆柱绕流、亚稳态相变、初始线源非稳态扩散等典型问题进行了模拟,不仅展示了格子Boltzmann方法对各类问题的强大模拟能力,也验证了程序的有效性。推导了格子Boltzmann方法计算量变化与体系雷诺数变化的估算关系。推导结果表明在一定的合理前提的限定下,模拟所需总格点数的变化倍数随雷诺数变化倍数的维度次幂而变化;模拟总计算量的变化倍数在通过增大体系特征速度或特征长度方式增大雷诺数时,将分别按照雷诺数变化倍数的维度次幂或维度加二次幂变化。因而格子Boltzmann方法的计算量将随雷诺数的增大而迅速增加,这就限制了格子Boltzmann方法对于较高雷诺数流动问题的模拟能力。为了提高本套模拟程序对于较高雷诺数流动的模拟能力,使用OpenMP技术对模拟程序进行了并行化改写,并提出了一种简便的针对tecplot? IJK有序数据格式的存储优化方法。对本套并行程序的性能测试表明,其并行性能接近理想状态:不同计算单元个数下的加速比满足近似线性的关系;平均并行效率98.79%。数据存储优化对存储空间和处理时间的节约率在25.00%-42.86%之间。对t型微通道内混合界面摆动的特殊现象进行了二维和三维模拟研究。二维方法不能对该现象进行有效的模拟,这主要是由于该现象的产生与第三个空间维度上的作用有着紧密联系。三维模拟结果显示,在该现象发生时,在垂直于测量平面方向有着非对称的流动结构,通过对对撞段垂直于测量平面方向且平行于对撞方向的对撞平面内的速度场的分析发现,对撞平面速度场分布与下游混合发展段的流动趋势有密切关系,进一步加入扰动构件证实,对撞平面速度场分布对界面摆动现象的产生有重要影响。

关键词：格子Boltzmann方法多相流动微通道 t型微混合器并行计算