基于堵塞故障分析的微通道优化设计

发布时间：2020-10-18 04:20

　　 微反应器是指通过精密加工技术制造的小型反应系统,其内径在10~1000μm内,在微化工生产过程中,微反应器发生阻塞会带来如生产过程中断,原料利用率降低等一系列的问题。为了使得微化学反应更平稳、有效地进行,检测并确定阻塞程度及位置是必不可少的一方面。本文通过计算流体力学的相关软件,采用压强法对微通道中的阻塞进行了检测,通过对支管角度、阻塞位置、阻塞程度、流体流速等因素之间的关系进行分析,对基于阻塞移除的微通道进行了优化。在研究中,首先建立了一个Y-型微通道的计算流体动力学(CFD)仿真模型,采用ICEM对单通道模型进行网格划分,在FLUENT中进行了流场分析与计算。通过对部分阻塞的模型进行设计,比较阻塞前、后微通道两端压差值的变化规律,并将该规律与阻塞体体积和微通道体积进行关联,设计了判定阻塞程度的RV指标。在此基础上,将阻塞程度与阻塞移除难度进行联系,设计了判定阻塞移除难度的阻塞指数,并对阻塞指数的应用进行了详细的阐述。仿真计算结果表明,阻塞指数能对阻塞移除难易程度进行较好的判定。阻塞分析的目的是实现阻塞移除,在阻塞分析的基础上,本文利用伯努利方程及能量守恒定律对入射角度、阻塞位置等因素对阻塞移除的影响进行了分析,设计了基于CFD仿真模型的移除策略;利用流体力学相关知识对阻塞体受力进行了计算,并将计算结果与仿真结果进行对比,设计了基于阻塞体受力的阻塞移除策略。综合分析入射角度、阻塞位置、阻塞程度、流速、压强等之间的联系,设计了6种进口流速,7种入射角度,阻塞位置为前中后等条件下的Y-型微通道,对最容易实现阻塞移除的微通道结构及操作条件进行了优化设计。计算结果验证了仿真结果的相关结论,从而证明了该分析方法的可行性。
【学位单位】：内蒙古工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TQ052
【部分图文】：

图1-3 Y 型微通道堵塞模型示意图Fig.1-3 Y-shaped microchannel blockage model1.3.2 论文的章节安排第一章 介绍微反应器的相关概念及其特点，对阻塞诊断技术进行分析，对通道阻塞研究的必要性及研究现状进行介绍，同时介绍了本文的研究工作。第二章 对微通道阻塞程度进行了分析，运用 CFD 仿真技术对微通道部分阻模型进行了设计，分析不同阻塞类型对阻塞两端压强值的影响，以此来建立阻类型与压强之间的关系；以压强值为依据，形成判定阻塞程度的 RV 指标。并该指标进行应用，对圆形截面、实型阻塞进行了阻塞程度判定，同时，画出V 指标判定曲线，指明该指标的缺陷。第三章 对基于部分阻塞程度判定的阻塞指数进行设计。设计基于阻塞体体及表面积的阻塞指数，阻塞指数是用来衡量阻塞消除难易程度的无量纲值，本从阻塞体积与阻塞指数之间的关系、阻塞截面积与阻塞指数之间的关系以及阻

图2-2ANSYS FLUENT 操作基本流程Fig.2-2 The basic process of ANSYS FLUENT operation图2-3 微通道网格划分质量Fig.2-3 Micro-channel meshing quality观察截面的压强云图分布，分析阻塞体受力情况。由图可知阻塞体的存在，破坏了流体均一性，从而微通道内部压强分布不均匀，且沿着进口方向，微通道前处理（网络生成）求解设置后处理启动FLUENT读取网络并检查计算域尺寸设置网络光顺化处理求解器基本设置模型设置物性参数设置边界条件参数设置求解方法设置求解控制参数设置求解监控设置初始化?

(a) Import pressure (b) Exit pressure(c) Import blockage body buck (d) Exit blockage body buck图2-4 内部压强流场分布图Fig.2-4 Internal pressure flow field distribution(a) Sectional view (b) Cross section图2-5 微通道内部流体压强分布图Fig.2-5 Internal pressure flow field distribution2.1.2 阻塞类型及其设计实现微通道一旦发生阻塞，微通道内部的压强分布就会发生改变，假设阻塞发生后，对于不同的阻塞位置及阻塞程度，微通道内部具有确定的压强分布，如果阻塞位置及阻塞程度不同，其压强分布所对应的流型分布也将不同。若假设成立，那么我们就可以通过比较发生阻塞时与未发生阻塞时所测得的压强分布数据对阻塞位置及阻塞程度进行判定。本文通过流体力学软件(CFD)对微通道阻塞诊断
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本文编号：2845793