高黏/非牛顿流体气液微反应器并行微通道内气泡群非均匀结构介尺度动力学

基本信息
批准号:91634105
项目类别:重大研究计划
资助金额:67.00
负责人:付涛涛
学科分类:
依托单位:天津大学
批准年份:2016
结题年份:2019
起止时间:2017-01-01 - 2019-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:杜威,刘偲,张沁丹,殷亚然,张翀,徐子懿,杨潇寒,沈秋颖
关键词:
放大复杂流体气液微反应器介尺度气泡群
结项摘要

The dynamics of bubble swarms in junctions and main channels in parallel microchannels, and the coupling law between them are the bottleneck for the scaling-up of microreactors, with complex character for the dynamical evolution in space-time scale. This project aims at exploring the mesoscale dynamics for the heterogeneous structure of bubble swarms in parallel microchannels in highly-viscous/non-Newtonian fluids in gas-liquid microreactors. Centered around the key scientific issue of ‘the competition and compromise between the mechanism of the interfacial and fluid flow effect and the mechanism of the confined space effect’, this project studies the formation, evolution, mechanism and manipulation of the heterogeneous structure of bubble swarms (mesoscale) between the bubble (unit-scale) and the microreactor (system-scale) in junctions and main channels in parallel microchannels, by using high-speed camera and micro - particle image velocimetry visualization devices, and the scaling method, self-similar methodology, interfacial stability and capillarity dynamics theories, as well as the lattice Boltzmann method (LBM), dissipative particle dynamics (DPD) and Volume of Fluids (VOF) numerical simulation methods, to explore the dynamics of bubble swarms in junctions and main channels and their coupling rules. This project will enrich the mesoscale theory related to microfluidics, multiphase flow and complex fluids, paving the solid way for the design, scaling-up, optimization and manipulation of gas-liquid microreactors involving highly-viscous/non-Newtonian fluids.

并行微通道结点处及主通道内气泡群动力学及其间的耦合规律是气液微反应器放大过程的瓶颈问题,呈现复杂的时空动态演化特征。本项目拟探究高黏/非牛顿流体气液微反应器并行微通道内气泡群非均匀结构介尺度机制。围绕“界面及流体流动作用机制和装置受限空间作用机制相互竞争与协调”关键科学问题,拟采用高速摄像仪、微粒子图像测速仪等先进可视化设备、以及标度律、自相似性、界面失稳理论和毛细动力学等理论分析,并辅以格子-玻尔兹曼方法、耗散粒子动力学、和流体体积法等模拟方法,针对并行微通道结点处及主通道内介于气泡(单元尺度)到微反应器(系统尺度)间形成的气泡群非均匀结构(介尺度)的形成、演化、机理及调控进行研究,揭示结点处及主通道内气泡群动力学及其间的耦合规律。本项目的实施将丰富微流体、多相流及复杂流体相关的介尺度理论,为高黏/非牛顿流体气液微反应器的设计、放大、优化及调控夯实坚实的基础。

项目摘要

并行微通道结点处及主通道内气泡群动力学及其间的耦合规律是气液微反应器放大过程的瓶颈问题,呈现复杂的时空动态演化特征。本项目旨在探究高黏/非牛顿流体气液微反应器并行微通道内气泡群非均匀结构介尺度机制。.本项目主要研究内容及结果为:1)阐释了微通道内气泡生成过程的界面动态演化规律及介尺度机制;2)发现了并行微通道内气液两相流分布及气泡动力学介尺度现象,充分阐释了决定并行微通道受限空间内气泡群形态的介尺度原理及“竞争-协调”机制。阐释了含并行微通道的台阶式乳化装置内气泡生成动力学及介尺度机制;3)阐释了并行微通道内气液两相流动力学与界面传质间的耦合规律。.基于相关成果,发表了国内外学术论文30篇,其中SCI论文25篇,包括AIChE J 1篇、CES 3篇、CESX 1篇、IECh&R 1篇。.本项目的实施丰富了微流体、多相流及复杂流体相关的介尺度理论,为高黏/非牛顿流体气液微反应器的设计、并行放大、优化及调控夯实坚实的基础。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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