基于混合氣體在微通道中的流動(dòng)特性,通過(guò)合理設(shè)置微通道中的流動(dòng)驅(qū)動(dòng)力可以在微通道內(nèi)形成分子交換流現(xiàn)象。利用該特殊的流動(dòng)現(xiàn)象,可以進(jìn)行氣體分離。一種新型氣體分離器采用逆流設(shè)置積累微通道由于發(fā)生分子交換流產(chǎn)生的分離效應(yīng),從而可以使原料氣體（待分離混合氣體）中目標(biāo)組分的濃度達(dá)到設(shè)定值;而且,該新型氣體分離器的運(yùn)行機(jī)理決定了其可以采用低品位熱能進(jìn)行驅(qū)動(dòng),這與當(dāng)前主流的氣體分離技術(shù)有著顯著的不同。本文首先探討了熱流逸流、泊肅葉流以及濃度驅(qū)動(dòng)流在微通道中的流動(dòng)特性。結(jié)果表明,混合氣體在發(fā)生熱流逸流和濃度驅(qū)動(dòng)流時(shí)分離系數(shù)在過(guò)渡流領(lǐng)域以及自由分子流領(lǐng)域幾乎保持不變;而在發(fā)生泊肅葉流時(shí),分離系數(shù)在過(guò)渡流領(lǐng)域變化較大,在自由分子流領(lǐng)域則逐漸趨于穩(wěn)定;而且,在過(guò)渡流領(lǐng)域,混合氣體發(fā)生泊肅葉流時(shí)的分離系數(shù)要小于發(fā)生熱流逸流時(shí)的分離系數(shù);此外,分離系數(shù)還與混合氣體中組分的分子質(zhì)量比密切相關(guān),分子質(zhì)量比越大,相應(yīng)的分離系數(shù)也越大。基于混合氣體的分離系數(shù)在過(guò)渡流領(lǐng)域時(shí)不同流動(dòng)中的差異性,構(gòu)造了分子交換流現(xiàn)象,討論了努森數(shù)、分子質(zhì)量比以及組分濃度等因素對(duì)分子交換流強(qiáng)度（摩爾流量）以及構(gòu)造條件（溫度梯度與壓力梯度的比值）... 

【文章來(lái)源】：廣西大學(xué)廣西壯族自治區(qū) 211工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：88 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

無(wú)逆流設(shè)置的氣體分離器模型

分離流程，因此，不易于在工程實(shí)踐中應(yīng)用。為了克服上述問(wèn)題，Sugimoto等[61]首先論證了微通道中分子交換流現(xiàn)象的存在，并基于該效應(yīng)提出了一個(gè)能夠連續(xù)進(jìn)行氣體分離的開(kāi)式分離器模型（如圖1-1所示），但該模型在較大溫差條件下所能獲得的氣體分離純度卻比較小，雖然可以通過(guò)提高溫差來(lái)實(shí)現(xiàn)更大的分離度，但是微通道的材料一般不能承受過(guò)高的溫度，通過(guò)提高溫差來(lái)獲得更高的分離純度在該系統(tǒng)中是很難實(shí)現(xiàn)的，而且還會(huì)增大分離能耗。為了突破分離性能差的限制，Sugimoto等[8]在原有的氣體分離器[61]的基礎(chǔ)上引入逆流設(shè)置（如圖1-2所示），從而使得該分離器能夠在較小的溫差條件下，就能獲得較大的分離純度，通過(guò)多次模擬，將混合氣體中目標(biāo)組分的濃度分別由10%提升到96%，由0.1%提升到12.5%，由95%提升到99.98%，這表明該分離器所能達(dá)到的目標(biāo)組分的濃圖1-1無(wú)逆流設(shè)置的氣體分離器模型Fig.1-1Schematicofthegasseparatorwithoutacounterflowsetup圖1-2帶有逆流設(shè)置的氣體分離器模型Fig.1-2Schematicofthegasseparatorwithacounterflowsetup

廣西大學(xué)碩士學(xué)位論文分子交換流效應(yīng)及其作用下的氣體分離研究7度幾乎沒(méi)有任何限制；Kosyanchuk等[62]運(yùn)用多尺度（系統(tǒng)主通道中的流體處于連續(xù)流區(qū)，由N-S方程描述，在微通道中的流體處于非連續(xù)流區(qū)，由McCormack模型方程描述）的數(shù)值模擬方法，對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行優(yōu)化。Gupta等[63]設(shè)計(jì)了一個(gè)使用混合纖維素酯（MixedCelluloseEster，MCE）薄膜的努森泵實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ�，其在常壓條件下展現(xiàn)出了優(yōu)越的性能，這促進(jìn)了氣體分離器實(shí)驗(yàn)樣機(jī)的制造。Nakaye等[64]采用了MCE薄膜制造出了模型樣機(jī)（如圖1-3所示），該樣機(jī)中使用了3×3cm的MCE薄膜，其能夠使得He-Ar混合氣體中He組分實(shí)現(xiàn)15%的摩爾分?jǐn)?shù)變化。為了使得該分離器能夠完全采用溫差驅(qū)動(dòng)，Nakaye等[65]在文獻(xiàn)[64]的實(shí)驗(yàn)樣機(jī)的基礎(chǔ)上增設(shè)了一臺(tái)努森泵，用于提供該分離器正常運(yùn)行所需的壓差，使其僅在溫差作用下即可運(yùn)行，為該分離器幾乎可以完全采用工業(yè)余（廢）熱等低品質(zhì)熱能驅(qū)動(dòng)奠定了基矗Matsumoto等[66]設(shè)計(jì)了由兩個(gè)努森泵與一個(gè)隔膜泵組成的氣體分離器樣機(jī)，兩個(gè)努森泵分別用于富集氦氣和氖氣，該樣機(jī)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在驅(qū)動(dòng)溫差不超過(guò)33K的條件下，邊長(zhǎng)3cm×3cm的正方形微孔薄膜能使流動(dòng)方向與薄膜法線方向垂直的混合氣體連續(xù)分離，沿氣體流動(dòng)方向每經(jīng)過(guò)1cm，混合氣體的摩爾濃度變化超過(guò)1%，通過(guò)增加微孔薄膜的面積可獲得更大的體積流量與更高的分離純度。Tamura等[67]研發(fā)了一種可以自由調(diào)整分離膜面積的利用分子交換流工作的氣體分離器，既可分離氦-氖混合物，還可分離同位素氣體（20Ne-22Ne混合物）。對(duì)基于分子交換流的氣體分離器的研究雖然取得了一定的成果，但是目前的研究依然處于初期階段。一方面缺少對(duì)分子交換流現(xiàn)象較為全面的分析，相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型不夠豐富；另一方面，大多數(shù)研究都是側(cè)重目標(biāo)


本文編號(hào)：3382030