分级孔内扩散与吸附过程的多尺度耦合体积平均理论

项目名称： 分级孔内扩散与吸附过程的多尺度耦合体积平均理论

项目编号： No.21206130

项目类型： 青年科学基金项目

立项/批准年度： 2013

项目学科： 化学工程及工业化学

项目作者： 闫孝红

作者单位： 西安交通大学

项目金额： 25万元

中文摘要： 分级孔内的扩散与吸附过程是决定填充色谱柱、负载型催化剂等化工设备性能的控制过程。通过改进分级孔结构以强化传质性能是一条提升相关设备性能的有效途径，但由于缺乏合适的研究方法，孔隙结构、孔隙内扩散与孔隙壁面吸附耦合作用与宏观传质性能间的相互作用机制不明。预研结果表明体积平均理论能够揭示并预测单级孔内扩散与线性吸附的耦合作用对宏观传质参数的影响。因此本项目拟利用体积平均理论在建立宏观传质参数与微观孔隙结构之间直接关系方面的优势，通过定义新的封闭方程变量，在封闭方程的积分约束中考虑吸附作用的方式，处理孔隙内扩散与孔隙壁面非线性吸附过程的耦合作用；将吸附平衡参数引入多尺度区域界面浓度关系的处理，实现多尺度区域的模型建立；采用数值方法产生多孔结构，结合理论模型预测其宏观传质特性并分别与实验测量、直接数值模拟的结果对比以验证理论模型。所建立的理论模型将为化工设备中高效多孔结构的设计提供一种理论工具。

中文关键词： 多尺度；吸附；有效扩散；耦合；体积平均

英文摘要： Diffusion and adsorption in hierarchical porous media is the controlling process of the performance of equipements like packed chromatography columns,supported catalyst. Enhancing the mass transfer performance by improving the pore structure, is an effective way to improve the performance of equipments. However, due to the lack of suitable research methods, how do the pore structure and the coupled behavior of diffusion and adsorption influence the macroscale mass transfer performance is not definite. Recent research of the applicant indicates that the volumn averaging theory is capable to reveal and predict the influence of coupled diffusion and linear adsorption on the macroscale mass transfer performance in single scale pore structures. Taking the advantage of the volumn averaging theory's capability on estabilishing the correlation of macroscale mass transfer performance and pore structures, in this proposal, the applicant plan to treat the coupled diffusion and nonlinear adsorption by defining new closure variables, taking the adsorption into the consideration of the integral constraint of closure equations. Then, the concentration relationship at the interface of multiscale regions is treated by taking the equilibrium adsorption parameter into account, so that the theoretical model for multiscale regions

英文关键词： multiscale；adsorption；effective diffusion；couple；volume averaging