[发明专利]一种电渗析传质过程的数值模拟方法

权利要求书

1.一种电渗析传质过程的数值模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、选择传递方程用以描述电渗析过程物质传递通量，传递通量包括电迁移通量、扩散通量和对流通量，然后与电中性方程∑z_ic_i＝0，法拉第定律Nernst-Einstein关系式u_i＝D_i/(RT)联立建立数学模型，其中D_i为扩散系数，c_i为离子浓度，z_i为电荷数，u_i为离子迁移数，Φ为电势，I为电流密度，F为法拉第常数，为96485C/mol；

S2、根据S1中建立的数学传质模型选择所需模块中相应的物理场，结合电渗析设备结构参数定义模型几何；

S3、对几何模型中的离子交换膜和隔室进行网格划分；其中的网格划分是垂直于电流方向网格均匀划分，平行于电流方向膜和主体溶液部分网格密度较小，靠近膜-溶液边界处密度较大，单元网格划分比率为1:2～1:1000；所述几何模型是通过选择电渗析膜堆的重复单元并几何化得到；

S4、确定初始条件和边界条件；其中的初始条件包括膜性能参数：离子交换容量、膜电导率、流体初始流速和浓度、操作电压以及溶液初始温度；边界条件包括进口处：垂直于电流方向流速等于初始流速，平行于电流方向流速等于零，离子浓度等于溶液初始浓度；出口处：

S5、通过调用模型方程求解器求解离子交换膜和膜-溶液边界的电势分布、电流密度、浓度分布、离子通量；

S6、提取模型计算结果，完成电渗析传质过程的数值模拟。

2.按照权利要求1所述的一种电渗析传质过程的数值模拟方法，其特征在于：所述S1中的对流通量可根据流体状态进行变化，电流密度根据基尔霍夫电流定律得到以下表达式：

其中Ri为反应来源，所述I为电流密度，F为法拉第常数，z_i为电荷数。

3.按照权利要求1所述的一种电渗析传质过程的数值模拟方法，其特征在于：所述S2中的模块包括电化学模块、化学反应工程模块、流体动力学模块，电渗析设备结构参数包括离子交换膜几何尺寸、隔室几何尺寸。

4.按照权利要求1所述的一种电渗析传质过程的数值模拟方法，其特征在于：所述的S3中网格越靠近膜-溶液边界处密度越大，网格数为100～1000000。

5.按照权利要求1所述的一种电渗析传质过程的数值模拟方法，其特征在于：所述的S4中在膜-溶液界面处的边界条件为：

其中下标m代表膜，下标e代表溶液，Φ为电势，R为普适常数，T为温度，F为法拉第常数。

6.按照权利要求1所述的一种电渗析传质过程的数值模拟方法，其特征在于：对所述的S5中传质模型进行稳态求解，求解方法为有限元法。

7.按照权利要求1所述的一种电渗析传质过程的数值模拟方法，其特征在于：对所述的S6中提取计算结果并作图，具体为：定义横纵坐标变量或选择模拟对象，提取计算结果中对应的参数，绘制曲线图或分布图。