離心式分子蒸餾的CFD-DSMC耦合算法模擬及實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、離心式分子蒸餾是分子蒸餾的一種重要形式，是液液分離或精細(xì)分離的一種高新技術(shù)。離心式分子蒸餾過(guò)程中的流體力學(xué)特性和傳質(zhì)傳熱過(guò)程機(jī)理一直是人們所重點(diǎn)研究的。本文建立了針對(duì)連續(xù)和非連續(xù)介質(zhì)流動(dòng)的CFD/DSMC耦合算法，系統(tǒng)地研究了離心式分子蒸餾過(guò)程中液相、氣相的流體力學(xué)特征與傳遞過(guò)程。
　　文章首先分別介紹了計(jì)算流體力學(xué)（CFD）方法和直接模擬 Monte-Carlo（DSMC）方法的基本思想、基本理論，然后給出了 DSMC方法中的基

2、礎(chǔ)如速度分布函數(shù)與分子二元彈性碰撞模型、DSMC方法的實(shí)施過(guò)程，詳細(xì)描述了CFD/DS MC耦合方法的基本思想，著重介紹了耦合過(guò)程中兩個(gè)最為關(guān)鍵的問(wèn)題：耦合界面的確定與交界面處信息的傳遞，最后介紹了CFD/DSMC耦合方法實(shí)施的主要步驟。
　　基于CFD/DSMC耦合方法，建立了離心式分子蒸餾物理模型，整個(gè)模型劃分為三個(gè)計(jì)算區(qū)域：CFD方法計(jì)算區(qū)域、DSMC方法計(jì)算區(qū)域以及CFD/DSMC耦合區(qū)域。針對(duì)每個(gè)區(qū)域劃分不同尺寸的網(wǎng)格，

3、建立各自的計(jì)算模型如建立控制方程組、確定源項(xiàng)（動(dòng)量、傳質(zhì)、傳熱源項(xiàng)）、規(guī)定初始條件及邊界條件，設(shè)置物性參數(shù)、確定求解方案等。采用二維軸對(duì)稱(chēng)模型來(lái)對(duì)液相無(wú)波動(dòng)時(shí)的流動(dòng)行為進(jìn)行模擬；而建立了三維的立體模型來(lái)模擬液相產(chǎn)生波動(dòng)的流動(dòng)行為，以捕捉表面波的實(shí)時(shí)狀態(tài)。
　　然后文中介紹了利用本實(shí)驗(yàn)室自有的激光誘導(dǎo)熒光系統(tǒng)（LIF）測(cè)量離心轉(zhuǎn)盤(pán)表面液膜流動(dòng)，LIF技術(shù)實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)盤(pán)表面液體分布的可視化，獲得波動(dòng)液膜的厚度分布。實(shí)驗(yàn)獲得的液膜厚度變化趨

4、勢(shì)與模擬值基本一致，吻合良好。并分別從理論推導(dǎo)和經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式角度出發(fā)獲得了離心轉(zhuǎn)盤(pán)表面液膜的近似計(jì)算式。
　　最后文中采用力平衡模型，建立了離心式分子蒸餾器旋轉(zhuǎn)盤(pán)上受熱液膜的永久性破斷的力平衡模型方程，得到了在離心力驅(qū)動(dòng)下的液膜破斷臨界液膜厚度和最小潤(rùn)濕量理論計(jì)算式。對(duì)液膜穩(wěn)定鋪展起促進(jìn)作用的力為慣性力和離心力，而起阻礙作用的力是重力、表面張力差、熱毛細(xì)力及蒸汽壓力。其中起主導(dǎo)作用的力主要是離心力、重力、表面張力差和熱毛細(xì)力。蒸汽壓