摘要
本研究提出了一种瞬态多物理场数值模型，用于分析超临界CO2对单个体壳聚糖醇凝胶珠的干燥过程，重点研究了热传递、溶剂扩散、孔隙率变化以及收缩变形之间的耦合效应。该模型结合了基于达西定律的流体行为、菲克定律下的溶剂扩散以及能量守恒方程，以描述在固定操作条件下游程中温度、压力和溶剂浓度场之间的相互作用。研究采用了有限元方法，并通过40°C和15?MPa条件下的实验数据进行了验证，结果显示模型与实际干燥动力学趋势高度吻合。研究结果表明，在整个干燥过程中，凝胶珠内部的温度基本保持均匀，这说明此时比奥数较低，内部热传递阻力可忽略不计。溶剂去除过程可分为两个阶段：初始阶段为恒速阶段，主要由外部CO2的溶剂传质主导；随后进入降速阶段，此阶段则受内部扩散阻力的控制。参数分析表明，提高操作压力可以增加CO2的密度和溶剂的溶解度，从而加快干燥速度，使整个过程的耗时缩短约28%，同时还会导致一定的孔隙压缩。模型预测孔隙率会从0.85降至约0.68，体积收缩率约为25%，这些结果与实验观测值一致。进一步的模拟显示，有效溶剂扩散率和初始孔隙率都会显著影响干燥动力学。与传统干燥技术相比，超临界CO2干燥能够在结构保留和加工时间之间实现最佳平衡。所开发的模型为优化气凝胶干燥工艺提供了有力的预测工具。
要点
- 针对壳聚糖气凝胶的超临界CO2处理的多物理场模型。
- 建立了热传递、质量传递、孔隙率变化及收缩变形之间的耦合模型。
- 研究了超临界条件下球形凝胶珠内的径向物质传输规律。
- 分析了传输机制与结构变化之间的关系。
- 模型预测结果与已有实验研究相符。
利益冲突声明
作者声明不存在任何利益冲突。
数据可用性说明
由于在本研究中没有生成或分析任何数据集，因此无需进行数据共享。
