基于dsmc方法的分子蒸馏气相传递过程研究

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1、徐蓉ＴＩＡＮＪＩＮＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ中国第＿所现代大学满ＦＯＵＮＤＥＤＩＮＩＷ日ＬＪｆＭ、Ｉ：＾硕±学位论文ｊ＾Ｔｆｐ＇＾－謹工程学科专业；｜李Ｊ作者姓名；ｍ指导教师；许松林副研究：．：ｉ．ｉＭｉ；Ｈｐ天津大学研究生院＾＾２０？１５年５月．Ｉ：Ｈ＾ＰＩＴ独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除Ｔ文中特别加Ｗ标注和致谢么处外，论文中不包含其他人己经发表■■天津大学或其他教育机构的学

2、位或证或撰写过的研究成果，也不包含为获得书而使用过的材料一同工作的同志对本研究所做的任何贡献巧己在论文中。与我作了明痛的说明并表示Ｔ谢意。学位论文作者签名：签宇日期：年ｒ月学位论文版权使用授权书本学位论支作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可封将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并乗巧影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编供查阅和借阅。同意学校向国家有关部口或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本援权说明）学位论文作者签名：导师

3、签名：疋ｇ＊文＾签字日期：年月日签字Ｈ期：＾年广月Ｕ广ｉ？＞）广７基于DSMC方法的分子蒸馏气相传递过程研究SimulationofTransferProcessofVaporsinMolecularDistillationBasedonDSMCMethod学科专业：制药工程研究生：李阳指导教师：许松林副研究员天津大学化工学院二零一五年五月摘要分子蒸馏，也称短程蒸馏，是在远低于物质常压沸点的温度下进行的高真空非平衡蒸馏，依据不同分子的平均自由程差异达到分离目的。由于分子蒸馏气相空间的流动处于过渡流领域，基于连续性

4、假设的传递控制方程不能正确模拟气相传递过程，限制了分子蒸馏技术的理论发展，从而影响了其在实际应用中的推广。因此，采用有效的方法研究分子蒸馏气相传递过程具有重要意义。直接模拟蒙特卡洛(DSMC)方法从分子微观角度入手，以气体分子动力学为基础，直接模拟气体分子的运动和碰撞物理过程，是一种成熟的、有效的研究稀薄气体非平衡流的数值方法，广泛应用于稀薄气体流动领域。本文基于DSMC数值方法，建立了分子蒸馏气相流动的模型，并用于研究分子蒸馏器中稀薄气相的传递过程。本文采用了与真实气体分子碰撞情况更吻合的可变硬球(VHS)分子模型。此外，由于

5、大多数待分离的混合物为多原子分子，为了与实际相吻合，本文在模型中引入了分子的转动能，采用Larsen-Borgnakke非弹性碰撞能量交换模型计算了碰撞过程中分子的平动能与转动能之间的交换。将本文模拟得到的分离效率与实验数据对比，发现本文所建立的模型能够较好地反映分子蒸馏气相空间的传递现象，可用于分子蒸馏器的放大设计和核算。本文重点考察了操作参数和结构参数对一维平板和二维圆柱气相空间传递过程的影响，获得了各自的流场信息分布。此外，本文还着重研究了分子蒸馏过程中蒸发效率随着操作条件变化的规律。研究结果表明，蒸发温度或冷凝温度的升高

6、，蒸发面与冷凝面的间距增大，惰性气体分压增大，都将降低蒸发效率。其中，蒸发温度对蒸发效率的影响更为显著；其次，惰性气体分压较大时，也会明显降低蒸发效率。相同操作条件下，凸蒸发面和凹蒸发面形式的同轴圆柱形分子蒸馏器，其气相空间的分子性质分布趋势是相同的，但凹蒸发面的变化速度更平缓一些，其蒸发效率更低一些。关键词：分子蒸馏；直接模拟蒙特卡洛；可变硬球分子模型；蒸发效率；平均自由程ABSTRACTMoleculardistillation,alsonamedshort-pathdistillation,isakindofnon-equ

7、ilibriumdistillationthatisoperatedunderhighvacuumandfarbelowtheatmosphericboilingpointofcomponentstoseparatemixturesbythedifferencesofmeanfreepath.Theapplicationofmoleculardistillationtechnologyislimitedduetotheinsufficienttheoreticalresearchonthetransferprocessofvap

8、orsinmoleculardistillation.Sincethetransferequationsdeducedbythecontinuityhypothesisdon’treflectthetransferphenomenaoftransitionflo