液滴流微反應器中多相流動過程的實驗研究和LBM模擬

《液滴流微反應器中多相流動過程的實驗研究和LBM模擬》是依託清華大學，由程易擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：液滴流微反應器中多相流動過程的實驗研究和LBM模擬
• 依託單位：清華大學
• 項目負責人：程易
• 項目類別：面上項目

項目摘要

液滴流微反應器是現代反應工程的熱點研究領域之一，即將液滴視為柔性微反應器單元，通過在微通道中操控連續運動的液滴流，實現在納升到微升受限空間中有效地調控流體混合、相傳遞以及反應過程。本項目提出將液滴流微反應器與具有特殊理化性質的高粘度離子液體相結合，並以常規的低粘、高粘流體作為比較對象，通過先進的雷射可視化測量技術和多相、多組分LBM理論模型方法定量研究微通道中液滴流的多相流動特性，考察流體物性、液滴的形成、液滴-液滴聚並、液滴破裂、液滴變形、界面性質變化等對液滴內混合以及液滴與環境間的物質輸運的影響，全面揭示液滴微反應器的精確調控原理。尤其針對離子液體特殊的傳遞特性，探索過程強化的新方法（如通過柔性液滴主動或被動的變形作用、電場或磁場的外場作用等），最終形成適用於離子液體參與的多相產品過程的微反應器裝置設計和最佳化原則，並選取具有代表意義的、基於離子液體的多相反應過程評價反應器效果。

結題摘要

液滴流微反應器是現代反應工程的熱點研究領域之一，即將液滴視為柔性微反應器單元，通過在微通道中操控連續運動的液滴流，實現在納升到微升受限空間中有效地調控流體混合、相傳遞以及反應過程。本項目將液滴流微反應器與具有特殊理化性質的高粘度離子液體相結合，並以常規的低粘流體作為比較對象，利用先進的雷射可視化測量技術，並開發了多相、多組分LBM理論模型方法，定量研究了微通道中液滴流的多相流動特性，考察流體物性、液滴的形成、液滴破裂、液滴變形、界面性質變化等對液滴內混合以及液滴與環境間的物質輸運的影響，全面揭示了液滴微反應器的精確調控原理。尤其針對離子液體特殊的傳遞特性，通過柔性液滴主動或被動的變形作用，探討了高粘流體微反應器裝置中混合強化的設計和最佳化原則，並選取離子液體催化的Suzuki反應，在微通道和微液滴反應器中顯著提升了反應效果。項目還進一步拓展，以納米藥物的可控制備為背景，進一步說明了液滴流微反應器的優勢。項目已發表期刊論文18篇，其中SCI文章16篇；出版中文專著1部；國際會議邀請報告2次；申請發明專利2項；培養博士畢業生4名、碩士畢業生1名；項目負責人入選“萬人計畫”領軍人才。