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基于超高纯氪氙分离实验的规整填料传热传质模拟与优化

陆聪聪1, 王舟1, 巨永林1
1上海交通大学
Published in 2024
   研究基于自主研发并已投入运行的超高纯氪氙分离低温精馏系统的实验数据，在 COMSOLMultiphysics 软件利用非等温流动和多孔介质中的稀物质传递模块建立极低浓度下波纹规整填料PACK-13C 的 REU 模型，利用化学模块描述不同温度、压力和浓度下的气液物性，通过Delft模型计算得到气液间传质系数，利用传质通量边界和边界热源模拟气液界面上的传质传热现象，分析气液两相传热传质特性，研究极低浓度(<e-7 mol/mol)下的气液传质过程，并通过改变填料几何结构进行优化分析。
模拟结果显示REU模型能较为准确地表征填料液膜上的浓度变化，与实验结果差异较小。丝网规整填料交叉处置堆叠形成的交叉气液相流道能有效提高混合效率，气液截线浓度在此区域变化剧烈，表明传质作用较强。丝网规整填料开孔会使其上的液膜在孔后方形成低浓度尾流，强化传质作用。但开孔较大会导致气液接触面积减少，提纯效率反而会降低，开孔时需要综合考虑两因素。在单一变量下，丝网厚度、波距和峰高与填料的提纯效率成反比，但过薄的丝网会使提纯速率下降。

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