《基於晶體顆粒動力學行為的鹽析進程預測模型研究》是依託江蘇大學，由高波擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於晶體顆粒動力學行為的鹽析進程預測模型研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：高波
- 依託單位：江蘇大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
鹽析兩相流動體系中的晶體顆粒動力學行為直接決定鹽析進程的發展，如何將顆粒行為與其巨觀屬性相關聯，成為創建鹽析進程預測模型的關鍵問題。本項目以矩形管及離心泵內鹽析流場為研究對象，以鹽析流動內流測試及鹽析層增長基礎實驗為前提和驗證手段，借鑑能夠描述顆粒成核、生長、破碎和聚並行為的群體平衡思想，探尋動力學行為核模型的建立方法，構建符合鹽析流動的群體平衡模型（PBM）；採用考慮顆粒沉積和移去過程的Kern-Seaton模型，分析鹽析層增長機理，研究顆粒沉積和移去率的準確數學表達；嘗試將兩種關聯模型嵌入雙流體模型中，探索可行的鹽析流場耦合求解策略，建立鹽析進程預測模型；進而開展泵內鹽析特性基礎性研究，探索鹽析進程與泵性能參數內在關係，提出新的泵內鹽析進程表征方法。項目研究可從本質上加深對鹽析流動的理解，豐富液固兩相流理論與研究方法，為防結鹽措施探討及相關輸送設備最佳化設計提供理論依據。
結題摘要
鹽析流動屬於複雜液固兩相流動現象，普遍存在於鹽類溶液輸送流程中，對輸送設備性能及整個流程正常運行影響重大。本項目重點關注鹽析流場中晶體顆粒的聚並、破碎等動力學行為，試圖將此行為與巨觀屬性相關聯，創建能較真實地描述鹽析進程的預測模型。項目研究從具有探索性的基礎性實驗研究出發，以具有典型鹽析特性的硫酸鈉過飽和溶液為介質，採用相位都卜勒粒子測速儀（PDPA）精確測量了不同運行工況下矩形管內的鹽析兩相流場；採用數碼攝影技術及溫度場監測手段，開展了管內不同外部條件下的鹽析層增長基礎試驗，研究了鹽析層增長速率、方式等及其與流動參數的內在關聯關係。構建了考慮鹽析晶體顆粒在主流區成核、生長、聚並、破碎等及在鄰界區的沉積、移去等動力學行為的鹽析進程物理模型。以歐拉雙流體模型為基礎，顆粒間的相間作用採用群體平衡方程（PBE）描述，其中關鍵的Ghadiri破碎核和湍流聚並核模型採用基礎實驗數據進行修正，以此構建主流區的數學模型；鹽析層的增長速率以Kern-Seaton模型描述，採用質量增長速率表示了鹽析層的增長，獲得了沉積速率與表面係數、傳質係數的數學表述。開展了管內台階鹽析流場的CFD-PBM耦合數值求解方法研究，呈現了台階上、下游的鹽析兩相運動及巨觀屬性分布特徵。通過對鹽析層增長方式研究，發現鄰界區鹽析層的增長以顆粒沉積為主，認為鹽析層增長速率等於沉積速率，最終確定了可較為真實地描述鹽析進程的預測模型。採用粒子圖像速度場儀（PIV）捕獲了不同外部條件下泵內鹽析顆粒流動的整場特性，獲得了泵內液相和顆粒相的精確湍流運動特徵及相間作用後的粒徑、濃度等巨觀屬性分布規律；同時通過監測泵的外特性參數，掌握了泵性能隨鹽析進程的變化規律。對泵內鹽析兩相流動進行了數值計算，獲得的鹽析進程不同階段泵內的兩相流場特性與實驗結果進行比較，驗證了鹽析進程預測模型在旋轉流場中適用性、可靠性。項目研究更深刻地認識了鹽析兩相流動現象，豐富了液固多相流理論和方法。項目執行期間，共發表論文9篇，其中SCI、EI收錄3篇；申請專利7項，其中授權4項；赴國外參加國際會議2次並作分組報告各1次，參加工程熱物理年會並作分組報告3次；獲江蘇省科學技術二等獎、教育部科技進步二等獎各1項；出版教材1部；培養碩士研究生3名。
