双级孔材料内组分有效扩散系数的理论计算

发布时间：2017-09-30 10:33

  本文关键词：双级孔材料内组分有效扩散系数的理论计算

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【摘要】：双级孔材料中扩散与吸附现象广泛存在于化工过程中,准确预测其传递性质对指导过程设计具有重要意义。从最小尺度的孔隙开始采用体积平均方法推导出一个扩散型方程,并且得到该孔隙尺度下有效扩散系数的表达式。然后以此扩散方程为基础逐级扩大孔隙尺度,直至获得最大尺度孔隙中对应的扩散型方程及其对应的有效扩散系数的理论表达式。基于此,推导出一个扩散型方程描述双级孔材料内的组分扩散与吸附过程。孔隙结构、扩散速率、吸附强度的影响由有效扩散系数衡量。将上述理论模型与孔尺度模拟方法结合,对多孔圆柱阵列内的扩散吸附过程进行预测,预测结果与文献报道的直接数值模拟的结果吻合。结果表明:体积平均理论以及推导得到的封闭方程可用于预测双级孔材料内组分的有效扩散系数,为理解孔隙结构对有效扩散系数的影响以及调控相关过程性能提供了新的方法。
【作者单位】： 西安交通大学化学工程系;西安交通大学热流科学与工程教育部重点实验室;
【关键词】： 双级孔 扩散 吸附 体积平均方法
【基金】：国家自然科学基金资助项目(21206130) 国家杰出青年基金项目(51025623)
【分类号】：TQ021.4
【正文快照】： 多孔介质内的扩散过程广泛存在于大量领域[1],如肥料、农药、工业污染物在土壤中的迁移,化学成分在填充床反应器、填充色谱柱内的迁移。组分在多孔介质内的扩散行为受到孔隙连通性、孔隙率的影响,其扩散系数不同于组分在大空间内的扩散系数,这种扩散行为用有效扩散系数描述。

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