微反应器中阻塞过程的建模与仿真

发布时间：2023-12-13 17:19

　　微反应器在微化工领域和医药领域得到了广泛的应用。微通道阻塞问题是微反应器故障的常见问题,一旦微反应器发生阻塞故障,将导致反应效率降低,生产成本大幅提升。在研究中,首先从微观角度利用群体平衡模型(Population Balance Model,PBM)和经典沉淀理论相结合,引入混合尺度的概念,以Na₂SO₄和BaCl₂溶液反应生成BaSO₄(Barium Sulfate)颗粒的过程作为阻塞体生成的反应背景,对在微通道内反应生成的阻塞体的成核、生长、聚集过程进行了建模,模拟了部分阻塞的生成过程,并应用此模型定量分析了初始溶液浓度、混合尺度等因素对阻塞体数量密度、阻塞体大小的影响。同时,根据阻塞体在微通道内的受力情况,模拟了阻塞体在微通道内的沉淀轨迹。考虑在实际反应中微通道内溶液浓度存在微小波动的情况下,定义了将阻塞体排出微通道所需最小流速V_off,提出了一个能够兼顾微通道能耗和流量平稳性的优化问题,并求取了最优的初始反应溶液浓度。在该初始浓度下,既可以避免阻塞体的堆积,又兼顾微反...

【文章页数】：65 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
物理量说明
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 微通道阻塞研究现状
        1.2.1 阻塞体形成过程模拟
        1.2.2 微通道结构优化设计
        1.2.3 阻塞体的排除
    1.3 论文的主要内容及论文结构
        1.3.1 论文主要内容
        1.3.2 论文结构
第二章 阻塞体生成模型
    2.1 阻塞模型的必要性
    2.2 混合尺度模型
    2.3 微型阻塞体的聚集
    2.4 微型阻塞体在微通道内的受力分析
    2.5 微通道内沉积轨迹的模拟
    2.6 本章小结
第三章 阻塞体流动与微通道结构的关系模型
    3.1 惯性聚集原理
    3.2 Dean曳力
    3.3 本章小结
第四章 阻塞体生成模型的应用
    4.1 初始反应溶液浓度对阻塞体模型的影响
        4.1.1 溶液初始浓度对过饱和度的影响
        4.1.2 初始反应物浓度对阻塞体平均粒径的影响
    4.2 混合溶液过饱和度对阻塞体颗粒数量的影响
    4.3 溶液混合尺度的影响
        4.3.1 溶液混合尺度对溶液过饱和度的影响
        4.3.2 混合尺度对阻塞体平均粒径的影响
    4.4 阻塞体在直管微通道内运动模型的计算
    4.5 本章小结
第五章 基于移除阻塞体的微通道结构优化
    5.1 优化理论背景
    5.2 最佳浓度值的求取
    5.3 微通道结构设计优化
    5.4 CFD模拟计算
    5.5 仿真与结果
    5.6 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
        6.2.1 细化流体微元的传质过程
        6.2.2 混合区域尺寸分布的详细研究
        6.2.3 微阻塞体在流体中的受力情况
参考文献
致谢
附录 基于自然选择的粒子群优化算法程序
攻读学位期间发表的学术论文及取得的科研成果



本文编号：3873589