姓名：张莹导师：张旭斌 副教授

微通道内传质与反应的微通道内传质与反应的 CFDCFD 模拟模拟

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主要内容

1. 课题简介

3. 研究的基本内容

2. 研究目标

课题简介液 - 液分段流所涉及的液 - 液两相体系的流动、传质与反应问题，如何高效地强化液 - 液两相流体的混合、传质过程，提高目的产物的选择性和收率以及资源、能源的综合利用率，对实现化工过程节能减排和可持续性发展具有重要意义。

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直径 50微米石英玻璃管 当量直径 52微米石英玻璃管

内循环的产生： 当分散相液滴尺寸大于通道特征尺寸时，在分散相液滴

与连续相液膜或通道壁面的剪切作用下，液滴内部产生内循环流动，使液滴边界层厚度和扩散距离减小，同时增加了表面更新速度和比相界面积，最终导致传质过程的强化。

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微反应器技术

微混合器 微通道 降落液膜微通道

微混合器：流体无序混合。 微通道：流体通过对流和扩散进行混合。 降落液膜微通道：用于气 - 液体系。

分 分 类类

微反应器是一种借助于特殊微加工技术以固体基质制造的可用于进行化学反应的三维结构元件。

定定义义

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微反应器技术

较高的传热和传质速率；

反应时间和进料量的精确控制；

处理危险物质时的安全性；

数量集成放大，无放大效应。

优

优 点点

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多相传质与反应研究微通道中油相组分向水相中的传质以来，微通道以其独特的优点，迅速赢得了全世界众多科研人员的青睐。特别是最近二十多年，诸如粒子成像测速、激光制导荧光（等众多新技术的应用，使人们对微通道的内部流动机理有了深入的理解。然而，目前关于微通道传质与反应耦合的实验及模拟研究仍然较

少，对于这一复杂体系的深入讨论更是鲜有人报道。

本课题主要研究微通道中液 - 液反应体系的行为。

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课题研究的目标研究酯的水解反应在弹状体内行为：

（ 1）微通道内有化学反应的液 -液体系流动；（ 2）研究传质及反应特性 建立包含化学反应的流体力学模型——采用自由界面捕捉的 VOF方法，模拟微通道弹状流内的传质及反应过程，考察该模型内的行为，并与固定界面的结果进行对比，验证模型是否合理；

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研究基本内容

建立模型：

a. 考察粘度对流型及传质的影响； b. 考虑界面张力的作用，分散相的计算区域两端 为弧形；

c. 将液膜厚度引进模型；

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研究基本内容

计算区域及边界条件

23/4/20 微通道内液 -液弹状流行为模拟研究 12

Gambit 生成网格， Fluent 设置参数及计算。 VOF 模型，自由界面捕捉

30dd2d

d

Outlet(Outflow)

Mixing ZoneOil Inlet(Velocity Inlet)

Water Inlet(Velocity Inlet)

2dWall

(Wall)

计算区域及边界条件示意图