《多尺度液－液兩相流分散－聚並基礎研究》是依託清華大學，由李少偉擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：多尺度液－液兩相流分散－聚並基礎研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：李少偉
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
液－液兩相流是化工學科重要的研究對象之一，本課題從毫微尺度和巨觀尺度上對其液滴分散－聚並行為進行實驗和理論研究。在毫微尺度上，通過微流控、微探測等先進技術對液滴的分散－聚並進行實驗研究，並將相界面抽象化為發生形變與運動的曲面，引入微分流形和張量分析等先進的數學工具，與計算流體力學相結合，對液滴的分散－聚並機理進行理論研究。進而，將統計學作為毫微尺度與巨觀尺度的紐帶，從液滴的確定性行為機理得到液滴群的分散－聚並機率模型，作為巨觀兩相流分散－聚並研究的基礎。更進一步，在巨觀尺度上，通過萃取柱進行液滴群分散－聚並規律的實驗研究，並採用基於液滴群分散－聚並機率模型的群體平衡模型結合計算流體力學對巨觀兩相流的分散－聚並規律進行理論研究。課題將毫微尺度與巨觀尺度有機結合，對液－液兩相流的分散－聚並行為和機理進行系統和深入的研究，將豐富多尺度兩相流基本理論，對涉及液－液兩相流的化工過程有重要指導意義。
結題摘要
針對液－液兩相流這一化工學科的重要研究對象，本項目開展了從毫微尺度到巨觀尺度的液滴分散－聚並規律的實驗和理論研究工作。主要研究內容和結果如下：在對毫微尺度液滴分散規律進行了系統研究的基礎上，發現了一種未見報導的新的液滴分散模式，並提出了理論機理；在毫微尺度液滴聚並實驗的基礎上，從界面附近壓力各向異性出發，提出了液滴聚並能壘模型；發展了一種直接測量巨觀尺度液滴破碎和聚並頻率函式的方法，在脈衝柱和攪拌槽等巨觀設備內進行了液滴破碎聚並規律的系統研究，特別地，所測得的破碎頻率函式的直接實驗數據填補了國際相關領域的研究空白，對推動液－液兩相流相關研究有重要學術價值；發展了一種新的水平集函式法實現了毫微尺度液滴流的數值模擬，進一步通過改進將其擴展到了巨觀局部流場中多液滴的數值模擬，這一模擬方法建立了從毫微尺度數值模擬到巨觀尺度數值模擬的橋樑；利用所測得的破碎頻率函式對文獻中現有理論模型進行了檢驗，證明文獻通用的利用液滴尺寸分布進行間接檢驗的方法是不充分的，進一步證明了本項目所測得的有關數據對液－液兩相流發展有重要學術價值；利用本項目得到的群體平衡模型子模型對大型脈衝柱內的液－液兩相流進行了數值模擬，模擬結果與實驗結果符合較好，證明了所獲得的子模型和群體平衡模擬方法在大規模液－液接觸設備的計算上套用的可行性。綜上所述，本項目對液－液兩相流的實驗測量方法和數值模擬方法都在一定程度上有所發展，豐富了相關領域的實驗數據和基本理論，所獲得的結果對實際液－液兩相流設備的設計和運行有重要指導意義。
