《基於氣泡界面固體微粒輸運機理的離心式逆序篩選》是依託西安交通大學，由孫中國擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於氣泡界面固體微粒輸運機理的離心式逆序篩選
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：孫中國
- 依託單位：西安交通大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
通過研究氣泡界面微米級固體微粒的輸運機理，提出逆序篩選概念並建立基於離心力控制的微細顆粒篩選方法。採用實驗方法研究包含破裂和聚並在內的三相氣泡基本行為機理，研究氣泡體系“液膜-Plateau邊界-節點”結構微通道內的流動特性並建立相關定量描述方法；探索微米級親/疏水固體顆粒在氣泡表面及氣泡體系微通道內的輸運/粘附機理，揭示顆粒相對尺度和表面物性等關鍵因素對機理的影響及逆序篩選機制；基於無格線移動粒子半隱式法建立雙氣液界面液膜數值模型，實現單氣泡及氣泡體系的行為模擬，結合流固耦合和離心力載入等模型，完成固體微粒在氣泡間液相通道內的流動及傳質行為全過程數值模擬，為最佳化系統提供方法基礎；通過相關極限情況的數據分析，建立固體微粒濾選系統評價體系，對離心式氣泡濾選系統提供設計及最佳化依據。基於上述研究，揭示離心逆序篩選的作用機理及調節機制，為基於氣泡液膜體系的顆粒物淨化/篩選提供理論依據和研究基礎。
結題摘要
本項目以微顆粒物通在氣泡體系中的Plateau液體通道流動為科學問題，面向有色金屬濕法冶金的浮選裝置、煤炭的清洗及品質提升等資源工業領域背景的複雜多相流動問題為對象，將流動問題抽象為研究氣泡界面微小固體微粒的輸運機理，提出了逆序篩選概念並建立基於離心力控制的微細顆粒篩選方法。採用數值實驗的方法研究包含破裂和聚並在內的三相氣泡基本行為機理，研究氣泡體系“液膜-Plateau邊界-節點”結構微通道內的流動特性並建立相關定量描述方法；探索微米級親/疏水固體顆粒在氣泡表面及氣泡體系微通道內的輸運/粘附機理，揭示顆粒相對尺度和表面物性等關鍵因素對機理的影響及逆序篩選機制；基於無格線移動粒子半隱式法系統建立了固液、氣液和液液表面張力模型，實現了單氣泡及氣泡體系的行為模擬，結合流固耦合和離心力載入等模型，完成固體微粒在氣泡間液相通道內的流動及傳質行為全過程數值模擬，為最佳化系統提供方法基礎；通過相關極限情況的數據分析，建立固體微粒濾選系統評價體系，對離心式氣泡濾選系統提供設計及最佳化依據。基於上述研究，揭示離心逆序篩選的作用機理及調節機制，為基於氣泡液膜體系的顆粒物淨化/篩選提供理論依據和研究基礎。同時，針對表面張力模型開展了壁面親疏水條紋間隔強化提升壁面疏水性的相關研究，分析了條紋對平板上液滴動力學行為的影響。設計了典型的親疏水間隔圖紋，包括親疏水二分界面、十字分界面、風車八分和十六分界面、粗條紋等，獲得了相應的液滴形態。針對化工過程中的親疏水格線液體分散進行了數值模擬和分析。隨速度的增加分為四個階段，Ⅰ階段表示最大浸潤範圍，即在某一速度值下，浸潤範圍大約維持為一個不隨速度變化的定值，且為整個速度區間內浸潤範圍的最大值；Ⅱ階段，浸潤範圍隨速度的增加約呈指數型趨勢下降，下降速率先快後慢；Ⅲ階段，浸潤範圍隨速度的增加先呈線性下降的趨勢；Ⅳ階段，穩定在為最小浸潤範圍。上述研究聚焦模型和規律的研究，為實現三維大規模氣泡體系中Plateau結構及其連線形勢、提升逆序篩選能力提供了重要的支撐。
