热流逸效应及其作用下的气体分离研究

发布时间：2018-07-01 12:08

本文选题：热流逸效应 + 微通道　；参考：《广西大学》2017年硕士论文

【摘要】：气体热流逸效应是由微通道两侧微通道冷、热两侧的温差驱动而形成的气体流动现象。纯气体介质的热流逸效应有一定的输送与升压能力;在此基础之上,混合气体的热流逸效应还具备一定的分离效果。考虑热流逸自身优势,将其应用于气体分离,一方面可充分利用工业生产过程中的余(废)热驱动,且无运动部件带来的损耗;另一方面,灵活的结构不仅可按需分离出不同浓度的产品,还可与不同工业过程有机整合。本文首先探讨了 13种常见纯气体在微通道内的热流逸效应,分析了气体流态、微通道结构尺寸、气体分子特性以及温差对流动的影响。研究表明,流动在过渡流领域初始阶段时,气体净质量流量较大;流动处于自由分子流领域时,气体压差最大;而努森数与微通道几何系数相互耦合,当二者分别达到2.4和1000左右时,气体净质量流量衰减幅度达99%。提升微通道冷、热两侧温差有助于提气体流量与压差。其次,基于以上讨论,本文以He—Ar混合气体为例,进一步探讨了二元混合气体的热流逸效应,分析了混合物摩尔比、流态、微通道结构尺寸以及温差等对混合物整体和气体组元自身流动的影响。研究发现,在热流逸效应作用下,摩尔比一定的混合物在相同条件下的整体流动与纯气体相似,且努森数与几何系数的耦合使得气体净摩尔流量在二者分别达到1.6或1000左右时同样衰减了 99%;而He与Ar气体组元则会出现流动差异,分子质量较小的He会更多地流向热端一侧,而Ar会更多地流向冷腔;混合物初始摩尔比和温差越大,组元He与Ar两者流动差异也越大;此外,温差在自由分子流领域产生的影响略强于过渡流领域。根据以上单级微通道内热流逸效应的分析,进一步分析了多级串联的热流逸式气体分离模型。研究指出,提升温差有助于提高单级分离单元的分离度,但无法保证多级串联后获得超过99%的提纯度;此外分离单元的逐级分离度有一定差异,但变化幅度较小。最后,结合常规热驱动制冷系统,以分离焦炉煤气制H2为例,设计了一种余(废)热驱动的热流逸式气体分离系统,提出了气体分离系统的单位能耗模型。研究表明,气体分离系统的单位产品能耗与分离单元级数、冷热腔内气体与换热器的传热温差、混合气体初始浓度等因素相关。
[Abstract]:On the other hand , the heat flow escaping effect of the mixed gas is more than 99 % when the flow is in the field of free molecular flow . Combined with the conventional heat - driven refrigeration system , a kind of heat flow escaping gas separation system driven by waste heat is designed to separate the H2 of coke oven gas . The unit energy consumption model of gas separation system is put forward . The research shows that the energy consumption of unit products of the gas separation system is related to the number of separation unit , the heat transfer temperature difference between the gas and the heat exchanger and the initial concentration of the mixed gas .
【学位授予单位】：广西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TB657.7

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