基于DSMC方法的分子蒸餾氣相傳遞過(guò)程研究.pdf

1、分子蒸餾，也稱短程蒸餾，是在遠(yuǎn)低于物質(zhì)常壓沸點(diǎn)的溫度下進(jìn)行的高真空非平衡蒸餾，依據(jù)不同分子的平均自由程差異達(dá)到分離目的。由于分子蒸餾氣相空間的流動(dòng)處于過(guò)渡流領(lǐng)域，基于連續(xù)性假設(shè)的傳遞控制方程不能正確模擬氣相傳遞過(guò)程，限制了分子蒸餾技術(shù)的理論發(fā)展，從而影響了其在實(shí)際應(yīng)用中的推廣。因此，采用有效的方法研究分子蒸餾氣相傳遞過(guò)程具有重要意義。
　　直接模擬蒙特卡洛(DSMC)方法從分子微觀角度入手，以氣體分子動(dòng)力學(xué)為基礎(chǔ)，直接模擬氣體分子

2、的運(yùn)動(dòng)和碰撞物理過(guò)程，是一種成熟的、有效的研究稀薄氣體非平衡流的數(shù)值方法，廣泛應(yīng)用于稀薄氣體流動(dòng)領(lǐng)域。
　　本文基于DSMC數(shù)值方法，建立了分子蒸餾氣相流動(dòng)的模型，并用于研究分子蒸餾器中稀薄氣相的傳遞過(guò)程。本文采用了與真實(shí)氣體分子碰撞情況更吻合的可變硬球(VHS)分子模型。此外，由于大多數(shù)待分離的混合物為多原子分子，為了與實(shí)際相吻合，本文在模型中引入了分子的轉(zhuǎn)動(dòng)能，采用Larsen-Borgnakke非彈性碰撞能量交換模型計(jì)算了碰

3、撞過(guò)程中分子的平動(dòng)能與轉(zhuǎn)動(dòng)能之間的交換。將本文模擬得到的分離效率與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)本文所建立的模型能夠較好地反映分子蒸餾氣相空間的傳遞現(xiàn)象，可用于分子蒸餾器的放大設(shè)計(jì)和核算。
　　本文重點(diǎn)考察了操作參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)一維平板和二維圓柱氣相空間傳遞過(guò)程的影響，獲得了各自的流場(chǎng)信息分布。此外，本文還著重研究了分子蒸餾過(guò)程中蒸發(fā)效率隨著操作條件變化的規(guī)律。研究結(jié)果表明，蒸發(fā)溫度或冷凝溫度的升高，蒸發(fā)面與冷凝面的間距增大，惰性氣體分壓增大