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网络模型
发布时间: 2020-10-10 20:11:30 被阅览数: 639 次 来源:
丝网除沫器,兴化市东骏石化丝网填料厂官网,电话:13905269264
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最早提出网络模型的是Todd等,他们以四方网络代表孔隙介质,用相互连接的 键代表孔隙介质中的孔颈,用节点代表空腔,用随机走技术使布朗颗粒通过网络,即 颗粒在各个方向上布朗运动的概率相同。Houi和Lenormand/06]建立的网络模型与 Todd等的模型基本相同,只是颗粒的随机走偏向滤层深处颗粒沉积处。
Imdakm和Sahimi口。〃改进了网络模型,以相互连接的具有非均匀表面柱状键的 四方网络代表孔隙介质,键的半径按孔隙尺寸分布排列,计算分步进行。首先确定网络内的流场,然后采用Payatakes等的轨迹分析方法,计算颗粒的沉积速率及过 滤系数。模拟计算与试验结果基本吻合,深层过滤的一些基本特征,如孔隙空间形 态、流场、颗粒尺寸分布、滤料与颗粒间物理力等在这一模型中都考虑到了。但用圆 筒管代表床层的孔隙空间过于简化,颗粒轨迹分析限于二维空间也欠合理,因此,无 法有效地反映床层截留积泥后的实际孔隙结构,因而,也无法得到合理的沉积速率和 过滤系数。
Burganos等顷旳发展了网络模型,他们用任意取向的喉管形单位池立方网络代 表多孔介质,喉管尺寸按规定的尺寸分布。颗粒在喉管中的沉积速率及过滤系数用三 维轨迹分析法口°9]计算,渗透率的计算用Tilton和Payatakes的同位网格解法,这一 模型在网络结构、轨迹分析及渗透率的计算等方面较前述模型更合理,但沉积速率的 计算量非常大O- 1995年,Burganos等针对计算方法作了改进,并对水平流、上向流 和下向流过滤进行了改进,计算仅局限于过滤的初始阶段,然而,正如作者所言,由 于忽视了在孔隙咽部交汇处粒子的运动,模型的精度不高;另外,针对不同流动状 态,必须对网格结构及方向对过滤的影响作进一步的系统研究C11°] 0
前面提到的网络模型仅适用于粒状介质,而不适用于纤维介质,对二者均适用的 是采用有效介质近似(effective medium approximation, EMA) 口。司的网络模型。 Sharma和YortsosE门、Rege和Fogler^]发展了这类模型。该模型将总量平衡方程 同颗粒吸附、沉积方面的研究加以综合,考虑了筛截和表面沉积两种颗粒捕捉机理, 然后,釆用EMA来计算由于颗粒捕捉导致的穿透性能的变化。该模型的目标是描述 沉积动力学、出水浓度、渗透率变化及过滤系数。然而,随介质中孔隙堵塞,介质渗 透率急剧降低至逾渗阈值时,EMA精度下降,不能准确地计算介质的渗透率口。
网络模型用相互联结的网络代表孔隙介质,并考虑丝网除沫器孔隙空间结构的影响,就这一 点来说,网络模型也许是目前较成功的深层过滤数学模型。然而,网络的拓扑结构及 取向仍是需要研究的课题。
以上简述了几种过滤模型的发展,不同模型从不同的角度对过滤过程进行了研 究,但研究成果可以互相借鉴,不同研究方法间的兼收并蓄,可以促进整个规律模型
19 的发展。
以轨迹分析模型和网格模型为代表的理论分析模型试图以如实、逼真的数学描述 来反映过滤过程的真实情况,代表了过滤模型的发展方向,它们将随着过滤理论研究 水平和数学分析计算水平的提高而逐步发展。但正如前述,基于过滤过程的复杂性和 不定性,目前还难以精确地对微观机理与宏观行为进行明确表达,繁琐的计算也影响 了模型的工程应用;而通过大量试验总结出的经验模型虽简单、实用,但对过程机理 反映较少,一旦应用范围超越研究时的条件,就有可能出现较大的误差。另外,为提 高精度,釆用过多的参数也增大了试验关联的难度。
本书拟在充分理解长纤维高速过滤器过滤机理和内在规律的基础上,利用已有过 滤理论,以经验模型为基础,采用半经验、半理论的建模方法,按如下方法建立长纤 维高速过滤器的数学模型。首先,将复杂的真实过滤过程按等效性原则简化为易于用 数学方程描述的物理模型;随后,对所得物理模型进行数学描述,即建立数学模型; 最后,利用试验数据对数学模型的合理性进行验证,并确定模型参数。
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