结晶过程多尺度特征及耦合模型的研究

工业结晶是在多相流体系内进行的过程，包含着复杂的多尺度特征和多尺度耦合过程。结晶器内多相流场特性体现了工业结晶过程的宏观尺度的特性。而晶体的尺度为介质尺度，其变化依赖于流体宏观运动。结晶过程的物理过程，例如成核和成长，又依赖于流场的微观尺度特性。流体的宏观尺度和微观尺度的特征为结晶过程提供了外界条件，从而决定着结晶过程的进程和产品特征。本项目从多相流体动力学角度，研究结晶器内流场的多尺度特征与耦合模型，探讨不同尺度特征的变化规律及其耦合过程对结晶过程中的影响。重点研究多尺度特征对结晶过程中基本物理过程的影响与变化规律，建立多相多尺度特征参数与晶体产品特征参数的关系。在此基础上，以计算流体力学为工具，实现工业结晶过程的仿真模拟。实现工业结晶过程产品粒度的仿真模拟。从结晶器内流场的多尺度特征研究工业结晶过程，从而加深工业结晶过程的科学理解，为工业结晶过程设计与控制提供理论依据和方法。

项目按计划完成了申请书中规划的研究内容和规定的各项工作和指标。完成论文18篇，其中SCI收录4篇，EI收录7篇，核心2篇。项目完成了如下研究内容：.1. 结晶过程多尺度特征分析：在大量阅读资料的基础上，对结晶过程的的影响因素进行了分析，针对结晶过程的复杂性，确定结晶过程模拟的基础模型，提出了结晶过程多尺度模拟结构。即：在微观尺度上主要考察流体性质，各相流体间相互作用。在介观尺度上对结晶过程进行模拟，处理结晶动力学、结晶热力学及其粒数衡算、物料衡算的结晶过程关系。在宏观尺度上模拟宏观流场、过程外界条件对结晶过程的影响。.2. 结晶器内多相流多尺度特征的研究： 建立了以多相流为基础、粒径大小为特征的微观尺度计算流体力学模拟模型。研究了结晶器内晶体分布多尺度特征，考察了晶体在结晶器内和湍流漩涡内的分布情况。考察了不同搅拌强度、结晶器结构，不同晶体粒径对多相流场内多尺度特征的影响。为结晶过程介观尺度的模拟和宏观尺度模拟提供基础信息。建立了介观尺度的数据处理方法，从而实现结晶器内微观尺度与介观尺度的耦合。.3. 结晶过程介观尺度与微观尺度耦合模型和方法的研究：.依据结晶过程的特性，在介观尺度范围内，以结晶过程理想模型为基础，建立了考虑多相流场、结晶过程的晶体成核与成长的粒数衡算模型，并通过物料衡算和粒数衡算的耦合方法，保证模拟结果的合理性和准确性。 .4. 结晶过程宏观尺度模拟模型与计算方法的研究：.基于结晶器多相流场分布，充分考虑多相流的多尺度特征，以微观尺度条件下结晶动力学模型为基础，建立了结晶过程宏观尺度与介观尺度的耦合方法与模型。模型中，通过结晶器进料区域和出料区域粒数、物料衡算实现外部操作条件与结晶过程耦合，以介观尺度结晶过程的停留时间分布为基础，实现总体结晶停留时间的再分布，在MATLA软件上，建立工业结晶过程的结晶过程模拟模型与算法，实现了结晶过程的多尺度模拟。.5. 开发模型的应用研究.应用已开发的模型，对KCl-H2O体系的连续结晶过程进行了模拟研究，考察了影响连续结晶过程主要因素对结晶过程的影响。验证了开发模型模拟结果的合理性。同时以晶体对从都尺度特征为基础，研究结晶过程放大规律，取得了较好的结果。.6. 利用项目资助，进行了关于结晶过程的相关研究，为进一步开发模型提供基础数据。