考虑非稳态自然对流的固体溶解过程数值模拟-东南大学学报.pdf

第４１卷第４期 东南大学学报（自然科 学版 ） Ｖｏｌ．４１Ｎｏ．４ 　 ２０１１年７月 ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＳＯＵＴＨＥＡＳＴＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ） 　 Ｊｕｌｙ２０１１ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－０５０５．２０１１．０４．０２７ 考虑非稳态自然对流的固体溶解过程数值模拟 胡程耀　　 黄　培 （南京工业大学化学化工学院，南京２１０００９） （南京工业大学材料化学工程国家重点实验室，南京２１０００９） 摘要：为了揭示封闭腔内考虑非稳态自然对流的固体溶解的流动、传质以及固体表面形貌变化 规律，利用溶解动力学和传质学相关理论，建立了固体溶解过程的二维数学模型，并借助有限元 分析软件ＣＯＭＳＯＬ进行了数值模拟，得到了溶解过程中固体尺寸对流动、传质和固体表面形貌 的影响规律．研究结果表明：该方法可以很好地捕捉由于溶解引起的界面运动和变形的位置，进 ７ 而获得速度分布及浓度分布的演化过程．在Ｒａ＝１×１０，当 ０４，流场中有２个对称且方向相 ε≤ 反的漩涡，浓度分布呈中心对称；随着 增大，溶液与壁面之间的作用增强，流场中２个对称且方 ε 向相反漩涡转变为统一的单漩涡，且传质效率降低；固体表面形貌的演化与固体尺寸和时间有 关． 关键词：固体溶解；自然对流；动网格；数值模拟 中图分类号：ＴＱ０２１４　　文献标志码：Ａ　　文章编号：１００１－０５０５（２０１１）０４０７９９０５ Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｓｏｌｉｄｄｉｓｓｏｌｕｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ ｕｎｓｔｅａｄｙｎａｔｕｒａｌｃｏｎｖｅｃｔｉｏｎ ＨｕＣｈｅｎｇｙａｏ　　ＨｕａｎｇＰｅｉ （ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＣｈｅｍｉｓｔｒｙａｎｄＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１０００９，Ｃｈｉｎａ） （ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＯｒｉｅｎｔｅｄＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１０００９，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏｒｅｖｅａｌｔｈｅｖａｒｉａｔｉｏｎｐａｔｔｅｒｎｓｏｆｆｌｏｗｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｍａｓｓｔｒａｎｓｆｅｒａｎｄｓｏｌｉｄｓｕｒｆａｃｅｍｏｒｐｈｏｌ ｏｇｙｉｎｓｏｌｉｄｄｉｓｓｏｌｕｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｕｎｄｅｒｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｕｎｓｔｅａｄｙｎａｔｕｒａｌｃｏｎｖｅｃｔｉｏｎｉｎｓｉｄｅｃｌｏｓｅｄｃａｖｉｔｙ， ａｔｗｏｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｏｆｓｏｌｉｄｄｉｓｓｏｌｕｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｏｒｉｅｓ ｏｆｄｉｓｓｏｌｕｔｉｏｎｋｉｎｅｔｉｃｓａｎｄｍａｓｓｔｒａｎｓｆｅｒ．ＴｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｓｏｆｔｗａｒｅＣＯＭＳＯＬｗａｓｕｓｅｄｆｏｒｎｕｍｅｒｉ ｃａｌｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｏｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｓｏｌｉｄｓｉｚｅｏｎｔｈｅｆｌｏｗ，ｍａｓｓｔｒａｎｓｆｅｒａｎｄｓｏｌｉｄｓｕｒｆａｃｅｍｏｒ ｐｈｏｌｏｇｙ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｍｅｔｈｏｄｃａｎｗｅｌｌｃａｐｔｕｒｅｔｈｅｉｎｔｅｒｆａｃｅｍｏｔｉｏｎａｎｄｐｏｓｉｔｉｏｎｃａｕｓｅｄ