万博手机版max网页版 - 在线登录—微小磁流化床内纳米颗粒流动特性的数值模拟研究

日期:2022-11-16 09:11:02 | 人气:

本文摘要:概要微小流化床反应器由于具备较小的体积,使其不仅有很好的热传导和传质特性,还可以增加污染物,有利于节约能源,同时提升反应的效率。微小流化床引进磁场,可以增强传送与反应过程,使得微小磁流化床反应器在气固催化反应和非催化反应方面有普遍的应用于。 研究微小流化床中纳米颗粒的流动特性可以更佳的了解毫米级尺度下流化床的流化机理,同时对微小磁流化床的应用于也具备最重要的价值。

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概要微小流化床反应器由于具备较小的体积,使其不仅有很好的热传导和传质特性,还可以增加污染物,有利于节约能源,同时提升反应的效率。微小流化床引进磁场,可以增强传送与反应过程,使得微小磁流化床反应器在气固催化反应和非催化反应方面有普遍的应用于。

研究微小流化床中纳米颗粒的流动特性可以更佳的了解毫米级尺度下流化床的流化机理,同时对微小磁流化床的应用于也具备最重要的价值。本课题应用于GAMBIT2.2软件、FLUENT6.3软件和实验室流化床系统地研究了微小流化床内纳米颗粒在有所不同的床内径、表观气速、颗粒粒径、产于板结构、产于板进孔率、磁场强度以及若无侧壁辅助吸气等条件的流化特性和流体动力学不道德。辩论了有所不同的操作者条件对颗粒的沟流、颗粒内循环、壁效应及床层压叛的影响。

研究结果表明,微小流化床内颗粒随着气速的减小渐渐开始流化,当速度为0.20m/s时,纳米颗粒被气体运送出有流化床,沦为运送床。纳米颗粒从开始流化到被运送出有流化床,其流化介质的速度变化范围并不大,其原因为纳米颗粒粒径较小,流化前期由于颗粒间作用力较小,粘性较强,使其容易流化,而流化后期由于纳米颗粒体积较小,在被毁坏了颗粒间作用力之后更容易随流化介质带上出有流化床。纳米级颗粒的粒径在0-100nm之间,颗粒大小对颗粒流化质量的影响较强,流化特性并无显著差异。

针对均匀分布布风流化床内颗粒产于失衡,颗粒沿壁面下降较相当严重现象,设计了不均匀分布布风板流化床,优化了颗粒的流化效果,增加了气泡的数量,较小的提高了颗粒轴向流化质量。随着进空率的减小,气泡的体积也渐渐减少,流化床底部构成相当大的气泡。

随着流化床床径的减少,壁效应弱化,颗粒流化质量提升。通过在流化床侧壁辅助吸气,流化床内构成旋涡较多,颗粒内循环较好,固相产于均匀分布,气固充份认识。在内径20mm微小磁流化床中,实地考察了磁场对纳米颗粒流体力学的影响。

磁场可以诱导纳米颗粒的沟流,甚至避免,构建平稳流化。随着磁场强度减小,微小磁流化床内纳米颗粒的流化质量提升就越显著。通过均匀分布磁场流化床的流体力学仿真,对微小磁流化床内颗粒的产于展开了研究。

在有所不同的磁场强度下,对粒子的速度与体积分数的产于展开了分析。在微小磁流化床中随着磁通密度的减少,对颗粒的颗粒温度的产于展开了分析。仿真指出,在有所不同的磁通量下,液体体积分数,由于磁场的不存在,颗粒磁化减少,液体体积分数减少。颗粒的颗粒温度随着磁通密度的减少而增大。

关键词:微小磁流化床FLUENT纳米颗粒流态化数值仿真前沿计算出来流体力学随着计算机的很快发展,在许多领域更加受到人们注目,特别是在静电学东流中的应用于,也更加受到重视。对这类反应器,研究人员对静电学流动过程展开了大量的模型探寻和实验研究。计算出来流体力学模型根据流场中动量守恒定律、质量守恒定律和能量守恒定律,融合明确的涉及反应过程,创建了体现气固两互为流动流体力学方程组,用作叙述整个反应器。计算出来流体力学模型的创建,不利于更加详尽的理解反应器,指导反应器设计、缩放及优化操作者。

近年来,用于FLUENT仿真软件在化工领域的应用于获得了较慢发展。FLUENT可用作分析二维轴对称、二维平面和三维流动分析,已完成流场仿真、静电学流分析、定常与非定常流动分析、热传导和热混合分析、多孔介质分析、化学组分混合和反应分析、可压缩和不能传输流体的计算出来、层流和湍流仿真等[55]。

FLUENT由于其强劲的功能,仿真结果精确,受到业内人士的青睐,并且可以融合实验步骤展开设备的优化,不仅节约时间,也降低成本。纳米颗粒是指粒径在1—100nm之间的微型颗粒。

纳米颗粒有最重要的科学研究价值,搭建宏观物质和原子、分子间的桥梁。纳米颗粒由于其较小的体积和较小的比表面积而具备了新异的物理性质、化学性质和优良的表面效应。大块物质的物理性质一般与体积牵涉到,但在纳米级的却展现出出有有所不同的性质。

观测到与体积涉及的物理性质,例如:半导体纳米颗粒的量子束缚,磁性材料的超强顺磁性,金属纳米颗粒的表面胞质共振。研究人员生产出有了类液体纳米颗粒,脂质体就是典型具备类液体特性的纳米颗粒。

纳米粒子具备较多的表面活化中心,使其在催化剂方面的应用于甚广不受注目。同时纳米颗粒也可以用于磁记录材料、磁流体材料和永久磁体材料。在医学和生物工程方面,由于纳米颗粒需要穿越细胞膜,在神经细胞神经元和血管间展开传播,所以用纳米粒子做成纳米机器人,对人体展开全身健康检查,清扫沉积物,毁灭病毒和杀掉癌细胞等。

随着对纳米材料技术的深入研究,新型纳米材料将不会在更好的领域中被到普遍的应用于。磁流化床技术是一种新型的高效的流态化技术,是电磁技术和流态化技术融合的产物。它不仅流化质量低、稳定性好,热传导、传质效率高,可通过外场掌控气泡的产生和发展,而且气固认识好,物料混合均匀分布,在能源化工,生物制药,食品环保等众多领域有普遍的应用于。

微小流化床由于较小体积使其具备许多高于大尺寸流化床的特性,如热传导和传质性能较好,反应速率低,废气亲率较低,节约资源和能源等。过程高效率和过程增强的特点可以符合一些类似的市场需求条件,如高温汽化反应和热重分析等[1-2]。较小的体积和较小的比表面积使纳米颗粒具备引人注目的物理化学性能和较好的表面效应,在医药、催化剂、光学、电学等许多领域有辽阔的应用于前景,受到世界的普遍注目。因此,对微小流化床纳米颗粒气固产于特性的研究具备最重要的实际意义。

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第一章文献综述1.1FLUENT软件概述近年来,随着计算机技术发展,经常出现了更加多的商业CFD软件,这些商业软件在工程界正在充分发挥着根本性的起到。在Phoenics软件投放市场以后,1983年,美国FLUENTInc.公司发售了Fluent软件,它是一款基于受限体积法的标准化的CFD软件。目前,Fluent软件是用于最普遍的CFD软件之一,它功能全面、适用性甚广,受到业内人士的青睐,Fluent独霸了全球CFD软件开发商、研究厂商市场份额三分之一以上。

Fluent软件的文本界面用于LISP编程语言,管理用户输出的命令和表达式展开,非常简单易学。用户可撰写具备简单功能的控制程序来掌控Fluent的运营过程。

FLUENT获取了用户自定义函数(UDF)。UDF是拓展了Fluent特定功能后的外部数据模块。利用UDF,用户可用于C语言来撰写拓展Fluent的程序代码叙述反应的机理,动态读取到FLUENT环境中,构建反应的仿真。

Fluent通过外部物性数据的输出,可以仿真多种物质同时再次发生化学反应,可以仿真再次发生在大量看中的体积反应、壁面反应、微粒表面的反应等。Fluent获取了说明型和编译器型两种C语言环境。在FLUENT中,用户可以撰写任何C语言程序来构建其特定的市场需求。

换句话说,在FLUENT中,用户可以将流体动力学计算出来由Fluent已完成,而其他与流体牵涉到的分析由自己撰写C语言程序来已完成。例如,回声液体阻尼器(TLD)就是一种既所含流体动力学问题又还包括结构动力学问题的更为简单的情况,利用上述方法可以对TLD构建了准确分析。

一、程序的结构FLUENT程序软件包由以下几个部分构成:(1)GAMBIT——用作创建几何结构和网格的分解。(2)FLUENT——用作展开流动模拟计算的解法器。

(3)prePDF——用作仿真PDF自燃过程。(4)TGrid——用作从现有的边界网格分解体网格。(5)Filters——切换其他程序分解的网格,用作FLUENT计算出来。

可以模块的程序还包括:ANSYS,I-DEAS,NASTRAN,PAIRAN等。利用FLUENT软件展开流体流动与热传导的模拟计算流程如图1-4右图。二、用于FLUENT程序步骤FLUENT软件展开解法的步骤较非常简单,明确如下:(1)确认几何形状,分解计算出来网格(2)输出且检查网格。

(3)自由选择2D或3D解法器。(4)自由选择解法方程模型;化学组分或化学反应,层流或湍流,热传导和传质模型等。根据必须确认其他模型,如:风扇、多孔介质等模型。

(5)确认物料物性。(6)确认边界类型和条件。(7)原作计算出来控制参数。

(8)流场初始化。(9)解法计算出来。(10)留存结果并展开后处理。三、FLUENT程序应用于范围Fluent仿真软件近几年在化工领域的应用于获得了较慢发展。

Fluent可用作分析二维轴对称、二维平面和三维流动分析,使用了有所不同种解法方法和多样的网格加快发散技术,使Fluent的发散速度能达到最佳,解法精度较高。Fluent具备成熟期的物理模型,基于解算的自适应网格技术和较灵活性的非结构化网格,可以已完成流场仿真、静电学流分析、定常与非定常流动分析、热传导和热混合分析、多孔介质分析、化学组分混合和反应分析、可压缩和不能传输流体的计算出来、层流和湍流仿真等[55]。

Fluent由于其强劲的功能,仿真结果精确,受到业内人士的青睐。


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