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双级孔材料内组分有效扩散系数的理论计算
  • ISSN号:1005-9954
  • 期刊名称:《化学工程》
  • 时间:0
  • 分类:TK124[动力工程及工程热物理—工程热物理;动力工程及工程热物理—热能工程]
  • 作者机构:[1]西安交通大学化学工程系,陕西西安710049, [2]西安交通大学热流科学与工程教育部重点实验室,陕西西安710049
  • 相关基金:国家自然科学基金资助项目(21206130); 国家杰出青年基金项目(51025623)
中文摘要:

双级孔材料中扩散与吸附现象广泛存在于化工过程中,准确预测其传递性质对指导过程设计具有重要意义。从最小尺度的孔隙开始采用体积平均方法推导出一个扩散型方程,并且得到该孔隙尺度下有效扩散系数的表达式。然后以此扩散方程为基础逐级扩大孔隙尺度,直至获得最大尺度孔隙中对应的扩散型方程及其对应的有效扩散系数的理论表达式。基于此,推导出一个扩散型方程描述双级孔材料内的组分扩散与吸附过程。孔隙结构、扩散速率、吸附强度的影响由有效扩散系数衡量。将上述理论模型与孔尺度模拟方法结合,对多孔圆柱阵列内的扩散吸附过程进行预测,预测结果与文献报道的直接数值模拟的结果吻合。结果表明:体积平均理论以及推导得到的封闭方程可用于预测双级孔材料内组分的有效扩散系数,为理解孔隙结构对有效扩散系数的影响以及调控相关过程性能提供了新的方法。

英文摘要:

Solute diffusion and adsorption in hierarchical porous materials widely exist in various chemical processes, and accurate prediction of the transfer performance is important. A diffusion equation was first derived from zones with the minimal pores in the hierarchica] porous material by the volume averaging method, and an expression of the effective diffusion coefficient for the corresponding zone was obtained. The derived diffusion equation was used to get another diffusion equation and the related effective diffusion coefficient for zones with larger pores by the volume averaging method. By this way, a diffusion equation which describes the diffusion and adsorption behavior in the hierarchical porous material is obtained. The influences of porous structure, diffusion rate, adsorption amount on the transfer performance are measured by the effective diffusion coefficient. Solute diffusion and adsorption behavior in porous cylinder array was predicted, and the results agree well with the results reported in literature. The results show that the volume averaging theory and the closed equation are used to predict the effective diffusion coefficient in the hierarchical porous material, a new way is provided to understand the effect of effective diffusion coefficient on porous structure and adjust related process performances.

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期刊论文 48 会议论文 43 获奖 2 专利 3 著作 1
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期刊信息
  • 《化学工程》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国华陆工程科技有限责任公司
  • 主办单位:中国华陆工程科技有限责任公司
  • 主编:程惠亭
  • 地址:陕西省西安市高新技术产业开发区唐延南路7号 华陆大厦
  • 邮编:710065
  • 邮箱:chem_eng@chinahualueng.com
  • 电话:029-87989701 27988823/4/6
  • 国际标准刊号:ISSN:1005-9954
  • 国内统一刊号:ISSN:61-1136/TQ
  • 邮发代号:52-52
  • 获奖情况:
  • 第六届全国石油和化工行业优秀期刊一等奖,历届陕西省科学技术类优秀期刊,首届《CAJ-CD规范》执行优秀期刊奖
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),波兰哥白尼索引,荷兰文摘与引文数据库,美国剑桥科学文摘,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
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