摘要：努森压缩机是一种有效的非机械式气体升压微泵,在输送气体、压缩气体等方面具有巨大的应用潜力。基于具有滑移和跳跃边界条件的纳维-斯托克斯方程,建立适应于滑移流区域梯形微通道内气体流动二维数值模型。分析了倾角和冷热腔室温差对微通道内部气体克努森数分布、压升以及流动特性的影响规律。结果表明:微通道倾角从0°升高到5.72°,压升从129.181 Pa降低到48.291 Pa,降低了62.618%。此外,倾角越大,气体克努森数越小,但气体流速逐渐增大,泊肃叶流和热流逸流最大流速分别为0.106 m/s和0.200 m/s。当冷热腔室温差从20 K升高到100 K,努森压缩机的压升从16.081 Pa升高到92.974 Pa,提高478.161%。,温差每增加20 K,克努森数增大0.001,泊肃叶流和热流逸流最大流速分别增加约0.020 m/s和0.039 m/s。研究结果为努森压缩机复杂微通道的构建及性能优化设计提供指导。

摘要：热流逸真空泵利用其内部微通道结构产生的热流逸效应来工作,故其本身也存在流导。本文建立了几种典型截面形状长微通道和短微通道的流导计算模型,进而分析了流导随努森数、温差及微通道特征尺寸变化的规律。结果表明,微通道在过渡流区域的流导比在自由分子流区域的大2~4个数量级;短微通道的流导性能优异长微通道的;绝大多数情况下,截面形状的对称性越强则其流导性能越好;在自由分子流区域,截面形状对流导的影响不大,但在过渡流区域,不同截面形状的流导差异显著。可见,应尽可能将热流逸真空泵设计在过渡流区域工作,且应优先采用截面形状对称性强的短微通道结构,但需要综合考虑努森数、温差和微通道特征尺寸之间的相互协同与制约。

摘要：利用热流逸效应分离气体是一种在机理和应用模式上与传统分离方法完全不同的新颖方法。本文提出了一种由模块化热流逸式气体分离单元串联而成的气体分离系统,建立了描述其气体分离过程及关于其优化设计的数学模型,并开发了相应算法。以此为基础设计了热流逸式焦炉煤气分离制氢系统并解析其系统结构、部件和运行工况参数;该系统通过6级气体分离单元串联即可分离出纯度达99%以上的氢气,且其部件的制造及装配均可基于现有技术实现。在满足分离纯度要求的前提下,该系统能耗约为45.41kJ/m^3,其优势在于可直接利用低品位热能驱动,符合能量梯级利用原则,从用能角度看也具有一定竞争力。基于热流逸效应的气体分离新技术具有鲜明特点,值得深入研究并在实践中尝试。

摘要：基于热流逸效应工作的努森真空泵相较于传统真空泵,因具有无运动部件且结构简单的优点而倍受关注,其应用通常采用多级串联结构。文章以努森真空泵能耗和效率模型为基础,着重考虑级数与热量传递和压力分配的关系,建立了多级努森真空泵气体工质流态处于过渡流时的能耗(热流比)与运行效率模型,进而研究了影响热流比及运行效率与级数、努森数、压比、温差等参数的关系。结果表明,努森数从0.2增至8,对应的最优级数从118级减少至15级;压比从2增至100,对应的最优级数从12级增加至77级;温差从50 K增至350 K,对应的最优级数从68级减少至15级。努森数(温差)越大、或压比越小,热流比就越低(运行效率就越高)且对应的最优级数就越小,所需的最小级数也越少。若从能效优化的角度来设计多级努森真空泵,需综合考虑努森数、压比和温差的影响,确定最优级数范围。

摘要：混合气体在热流逸效应作用下,各组元会出现一定流动差异。基于这一现象,以分离焦炉煤气制取氢气为例,设计了一种热流逸式气体分离系统,该系统由低品位余(废)热驱动,无运动部件。计算表明,新型热流逸式气体分离方法的分离纯度可达99%以上,当焦炉煤气流量为30 000 m^3×h^(-1)时,气体分离系统单位产品能耗约为36.9 k W·h×m^(-3)(H_2)。