微納多孔介質(zhì)中氣體輸送規(guī)則網(wǎng)格模型研究.pdf

1、微納多孔介質(zhì)中的氣體輸送研究涉及到多個應(yīng)用領(lǐng)域，在分子篩、催化、生物和醫(yī)藥、微反應(yīng)器、分離提純等領(lǐng)域具有種種潛在的用途。微納多孔介質(zhì)的孔道結(jié)構(gòu)尺寸在微納量級，孔道尺寸的狹小對氣體介質(zhì)的流動和傳質(zhì)規(guī)律影響較大，因此如何對其進(jìn)行有效的理論描述是人們關(guān)注的重要問題之一。本文探討采用孔隙網(wǎng)絡(luò)模型來描述微納多孔介質(zhì)中的氣體輸送。論文針對過渡流問題，用“點-鍵”模型構(gòu)建了微納多孔介質(zhì)氣體輸送的規(guī)則網(wǎng)格模型，對“十”和“井”字微通道進(jìn)行計算，并與采用

2、直接模擬MonteCarlo(DSMC)方法的計算結(jié)果進(jìn)行對比，以論證孔隙網(wǎng)格模型用于微納多孔介質(zhì)氣體輸送的可行性。本文的主要工作和成果如下：
　　 (1)研究過渡流問題中“點-鍵”模型中“鍵”參量的描述。將“十”字型微通道全場DSMC模擬結(jié)果與“十”字中各直微通道DSMC模擬結(jié)果以及直微通道理論公式的計算結(jié)果進(jìn)行對比分析。結(jié)果表明：在壓力邊界條件相同的情況下，其內(nèi)部壓力分布以及速度分布基本一致，質(zhì)量流量誤差在5％的誤差范圍，直

3、微通道的理論公式可用于描述“點-鍵”模型中“鍵”參量。
　　 (2)考察“點-鍵”模型中“點”參量的影響因素，分析了若按傳統(tǒng)孔隙網(wǎng)絡(luò)將cross區(qū)域看作一個“點”（即將忽略cross區(qū)域的阻降）對全場壓降等的影響。本文擬合cross區(qū)域無量綱壓差比與長徑比的關(guān)系，從擬合關(guān)系式來看，當(dāng)長徑比達(dá)到70:1后，cross區(qū)域的壓降、壓差比已經(jīng)降到1％以下，其影響可忽略，cross區(qū)域可簡化為傳統(tǒng)孔隙網(wǎng)絡(luò)中的“點”。
　　 (3

4、)構(gòu)建微納多孔介質(zhì)氣體輸送網(wǎng)格模型，網(wǎng)格模型的基本單元為“點”與“鍵”。模型中設(shè)“點”的阻降為0，“鍵”的阻降則用理論公式描述。同時在“井”字型微通道中應(yīng)用，將計算結(jié)果與采用DSMC模擬結(jié)果進(jìn)行對比，微納多孔介質(zhì)氣體輸送網(wǎng)格模型在過渡流領(lǐng)域具有較普遍的適用性。
　　 本文從“點-鍵”模型入手，研究了“鍵”的適用性以及“點”在氣體傳輸時候的特性，并用“點-鍵”模型構(gòu)建微納多孔介質(zhì)氣體輸送網(wǎng)格模型。為微納多孔介質(zhì)內(nèi)部氣體輸送研究提供