微通道结构数值模拟及实验性能评价

杨哲，郗大来，李宁，周军

（1 西安优耐特容器制造有限公司，陕西西安710201；2 西安建筑科技大学化学与化工学院，陕西西安710055）

微化工反应技术基于改变流体传热、传质及流动特性等实现化工过程强化高效、节能、安全、可控和清洁生产，它的开发与应用对整个化学化工领域意义重大[1]。作为微化工系统中尤为重要的组成部分，微反应器内部通道特征尺度的微型化使其展现出传统反应器所不具备的流体混合高效、热质传递速率快、安全性高、能耗低、产物选择性和收率高等独特优势[2−4]，从而被广泛应用于实验室分离制备及过程工业中[5−7]。然而现阶段微反应器理论基础研究还很不充分，特别是对微通道内多相混合的基本规律需要进行更深入的探索与研究[8−9]。近年来， 计算流体动力学（computational fluid dynamics, CFD）技术与实验评价手段相结合逐渐发展成为一种重要的研究微尺度下流体高效混合、换热、反应的方法之一[10−12]。Ferrari 等[13]采用体积分数法模型模拟了五氟丙烷在微通道中柱塞流演化情况，相同雷诺数下方形通道比圆形通道具有更薄的液膜厚度，且曲率半径的不同导致方形通道四角处液膜厚度更大，壁面非顶角处烧干概率更大。Ahmed 等[14−15]的管式微通道湍流促进器CFD 模拟结果表明，湍流促进器可加强湍流动能，增强壁面剪切力，从而达到降低膜污染及浓差极化的目的。Liu 等[16]从特征混合时间和各组分分布两方面分析了撞击流反应器中湍流流动对氯乙酸乙酯平行竞争反应过程的影响机制。……