超临界流体计算剖析.pptx

王乐 刘永忠 西安交通大学化学工程系 主要内容 1. 引言 2. 超临界流体计算模型 3. 模拟计算 4. 计算结果 5. 结论 1 引言 ➢以超临界流体为载体 ， 在多孔介质孔隙表面沉积颗粒和形 成薄膜以及在孔隙中的浸渍等现象主要应用于复合多孔材 料的制备、多孔材料的改性、深床过滤、三次采油、高孔 隙率多孔聚合物支架的合成、污染土壤的修复、纺织物的 染色、木材中生物杀灭剂的浸渍和二氧化碳深埋等方面。 ➢主要利用超临界流体热力学性质的“可调性 ”， 特别是流 体的密度和溶解度对超临界流体体系的压力和温度的依赖 性。 1.1 研究意义 ➢当超临界流体流过多孔介质时 ， 内部的压力分布与多孔介 质的孔隙结构特性密切相关。 ➢在多孔介质中 ， 超临界流体流动时所表现出的物理和化学 性质（密度、黏度和溶解能力） 也随孔隙结构空间分布特 性和流体的流动状况变化。 1.2 主要目标 ➢通过建立数学模型和数值分析方法 ， 研究在温度场作用下 多孔介质中超临界流体传热与流动耦合作用条件下流体非 稳态性质的变化特性。 2 超临界流体计算模型 ➢考虑一个具有二维正方形 区域的多孔介质。 ➢以超临界CO2为模型流体 ➢超临界流体从多孔介质AB 侧流入 ， 从CD侧流出， AD和BC为不可渗透壁面。 ➢在介质的BC和AD两边界上 施加恒定温度场。 ➢超临界流体状态方程(SCF EOS) P=RT/(V-b)-a(T)/(V(V+b)+b(V-b)) 3 模拟计算 ➢动量衡算方程(Momentum Balance) ➢能量衡算方程(Energy Balance) 3.1 参数设置 常数 变量 3.2 区域设置 动量方程 能量方程 3.3 边界条件设置 动量方程 能量方程 4 计算结果 压力分布等值线（施加温度场）压力分布等值线（未施加温度场） 4 计算结果 速度分布等值线（施加温度场）速度分布等值线（未施加温度场） 5 结论 ➢采用COMSOL Multiphysics 软件进行计算可以方便 、 有效地求解所建立复杂的耦合模型方程 ， 计算结果的 后处理有助于直观理解物理过程。 ➢在多孔介质中超临界流体的“可调性 ”受到流动与传 热耦合过程的影响 ， 压力和温度之间的相互影响很小。 谢谢大家