超临界流体
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使用AxCYCLE对超临界二氧化碳sCO2循环进行热力分析
本视频节选自SoftInWay公司往期研讨会《sCO2循环构建及分析》 SoftInWay是一个已有20年历史，全球设有多个办公室的叶轮机械领域的专业公司，公司旗下拥有自主研发的集设计，分析和优化为一体的专业叶轮机械设计软件平台AxSTREAM。优质的软件及迅速的技术支持体验，已获得全球450多家客户的信赖及肯定 对我们有更多兴趣或想观看完整视频，请发送邮件联系：china@softinway.com
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超临界流体的实例教程
超临界流体具有许多独特的性质，如粘度小、密度、扩散系数、溶剂化能力等性质随温度和压力变化十分敏感:粘度和扩散系数接近气体，而密度和溶剂化能力接近液体。
纯净物质要根据温度和压力的不同，呈现出液体、气体、超临界气体萃取三种典型流程固体等状态变化。在温度高于某一数值时，任何大的压力均不能使该纯物质由气相转化为液相，此时的温度即被称之为临界温度Tc;而在临界温度下，气体能被液化的最低压力称为临界压力Pc。在临界点附近，会出现流体的密度、粘度、溶解度、热容量、介电常数等所有流体的物性发生急剧变化的现象。当物质所处的温度高于临界温度，压力大于临界压力时，该物质处于超临界状态。
温度及压力均处于临界点以上的液体叫超临界流体(supercritical fluid，简称SCF)。例如:当水的温度和压强升高到临界点(t=374.3 ℃，p=22.05 MPa)以上时，就处于一种既不同于气态，也不同于液态和固态的新的流体态──超临界态，该状态的水即称之为超临界水。
展开 纯净物质要根据温度和压力的不同，呈现出液体、气体、固体等状态变化，如果提高温度和压力，来观察状态的变化，那么会发现，如果达到特定的温度、压力，会出现液体与气体界面消失的现象该点被称为临界点超临界流体指的是处于临界点以上温度和压力区域下的流体，在临界点附近，会出现流体的密度、粘度、溶解度、热容量、介电常数等所有流体的物性发生急剧变化的现象超临界流体的特性超临界流体由于液体与气体分界消失，是即使提高压力也不液化的非凝聚性气体超临界流体的物性兼具液体性质与气体性质。即，密度大大高于气体，粘度比液体大为减小，扩散度接近于气体。另外，根据压力和温度的不同，这种物性会发生变化，因此，在提取、精制、反应等方面，越来越多地被用来作代替原有有机溶媒的新型溶媒使用例如，水的密度、离子、介电常数等以临界温度374℃为分界，发生急剧的变化。特别是在常温状态下极性溶媒－水的介电常数到了临界点以上会急剧减小，超临界水的介电常数减小到与有机溶媒相同的水平由于这种特性，水在超临界状态，便具有与有机溶媒相同的特性，变成了可以与有机物完全混合的状态热容量值有较大变化，这也是临界点非常独特的特性之一。临界点的热容量值急剧上升，几乎达到了无限大，然后再减小，如果恰当地利用这种特性，将能够得到一种非常优秀的不锈铁热媒体。
超临界流体特性技术1)超临界水氧化技术超临界水氧化技术是使废水在水的超临界条件(P>218atm,T>374℃)下与氧化剂(O2、Air、H2O2等)反应，把废水中含有的有机物分解成无害成份的技术在临界点以下的条件下，废水中含有的有机物处于并非与水完全混合的状态，形成界面(Boundarylayer)。因此，为使有机物与氧气反应，实现氧化分解，需要把气体状态的氧气溶解到水中，溶解的氧气重新通过有机物界面，只有这样才能使有机物与氧气反应。因此，如要分解废水含有的有机物需要较多时间。
展开 塑料发泡射出制程中，会先透过螺杆将超临界状态流体(N2或CO2)与融胶混炼成均匀单相流体，而匀相混合物在射出过程中因瞬间释压造成热力学不平衡，使得熔胶中的超临界流体透过相变化产生数以万计之微小气泡，经模具冷却固化而得到具有泡孔结构之成品。
若采用Han and Yoo 气泡成长动力模型，可以仿真出气泡成长的过程与气泡成长动力。然而，当产品的几何外观复杂度变高，以及使用不同制程时，模内压力并非都是低压状态，例如肉薄处的熔胶压力还是非常大，甚至大过饱和压力；另一方面，抽芯制程(图一)还会带来额外的保压，因此模内的气泡并不会因释压而持续成长，反而可能会因为模内熔胶压力增加而萎缩。此时Han and Yoo模型就有所局限，而无法准确模拟出气泡缩小的现象。
图一 抽芯过程示意图
为了改善旧有模型的不足，Moldex3D与日本金泽大学(Kanazawa University)合作开发出Modified Han and Yoo。由金泽大学Prof. Taki提供的气泡动力模型与试片实验数据[1]得知，随着压力释放(如图二右上角所示)，气泡会超越自由能量障壁(Energy Barrier)而成核成长；如果对气泡增加压力，气泡则会逐渐萎缩直到溶解回熔胶中(可以说是回到熔胶与气体混和的初始状态)。这时若再将压力释放，气泡将会在相同位置成核成长。实验结果也与此气泡动力模型有非常贴近的趋势，验证了气泡被加压而导致萎缩的历程(图三)。
图二 气泡萎缩实验
图三 模拟结果与实验比对
以往使用Han and Yoo 模型进行肉薄几何仿真时，无法精准掌握气泡萎缩的历程，因此有许多因加压而消失的气泡数量被低估。现在Moldex3D 2021版本中，新增了Modified Han and Yoo的选项(图四)。
展开 Cross-Exp模型：
Cross-WLF模型 ：
④ Herschel-Bulkley模型：
Herschel-Bulkley模型可以描述带有屈服应力的剪切变稀或剪切增稠流体。
模型中的流动行为指数n=1的情况下，Herschel-Bulkey模型将退化为Bingham模型，可用来描述宾汉流体。
一致性指数：k，也称稠度系数。k值是粘度的度量，但不等于粘度值，而粘度越高，K值也越高；
幂律指数：n，为流动行为指数或非牛顿指数，是与温度有关的参数，n偏离1的程度越大，表明材料非牛顿性越强；
当n>1时，为广义宾汉流体剪切变稠；
当n<1时，为广义宾汉流体剪切变稀；
当n=1时，为理想宾汉流体；
屈服应力：τ_0，只有当外力超过该应力才发生流动；
临界剪切速率：γ′_0，屈服剪切速率，开始流动时的剪切速率。
线性坐标下的典型的Bingham与Herschel-Bulkley模型拟合
⑤ 粘度曲线：输入粘度与剪切速率的离散数据点。
非牛顿流体模型很多，如果遇到软件没有提供的模型，可以在Excel表格里编辑好后，通过粘度曲线进行定义。
一些常见的流动模型
本来想这次给大家分享下案例，奈何篇幅太长，下次一定。
口说无凭，要不先预热一下吧
水滴自由下落
非牛顿流体自由下落
非牛顿流体注液过程
参考资料：
[1] J. Sepulveda, A. Montillet, D. Della Valle, C. Loisel, A.
展开 Cross-Exp模型：
Cross-WLF模型 ：
④ Herschel-Bulkley模型：
Herschel-Bulkley模型可以描述带有屈服应力的剪切变稀或剪切增稠流体。
模型中的流动行为指数n=1的情况下，Herschel-Bulkey模型将退化为Bingham模型，可用来描述宾汉流体。
一致性指数：k，也称稠度系数。k值是粘度的度量，但不等于粘度值，而粘度越高，K值也越高；
幂律指数：n，为流动行为指数或非牛顿指数，是与温度有关的参数，n偏离1的程度越大，表明材料非牛顿性越强；
当n>1时，为广义宾汉流体剪切变稠；
当n<1时，为广义宾汉流体剪切变稀；
当n=1时，为理想宾汉流体；
屈服应力：τ_0，只有当外力超过该应力才发生流动；
临界剪切速率：γ′_0，屈服剪切速率，开始流动时的剪切速率。
线性坐标下的典型的Bingham与Herschel-Bulkley模型拟合
⑤ 粘度曲线：输入粘度与剪切速率的离散数据点。
非牛顿流体模型很多，如果遇到软件没有提供的模型，可以在Excel表格里编辑好后，通过粘度曲线进行定义。
一些常见的流动模型
本来想这次给大家分享下案例，奈何篇幅太长，下次一定。
口说无凭，要不先预热一下吧
水滴自由下落
非牛顿流体自由下落
非牛顿流体注液过程
参考资料：
[1] J. Sepulveda, A. Montillet, D. Della Valle, C. Loisel, A.
展开 超临界流体的问答
新手请教各位前辈一些问题哈?
我现在用fluent计算超临界流体在螺旋管内的流动换热特征，螺旋管使用solidworks在直角坐标生成的，导入fluent后也是直角坐标，现在计算完成了，想请教各位前辈怎么样精确的选取螺旋管沿程的某个截面、以及截面上某个点，我感觉fluent不能很好的创建对应的面，谢谢。
试试fluent后处理的transform，可以将面进行各类处理；如果不行的话，也可以尝试做网格的时候对这个螺旋面进行定义，这样后处理时可以直接用这个面；
超临界流体的最新内容
塑料发泡射出制程中，会先透过螺杆将超临界状态流体(N2或CO2)与融胶混炼成均匀单相流体，而匀相混合物在射出过程中因瞬间释压造成热力学不平衡，使得熔胶中的超临界流体透过相变化产生数以万计之微小气泡，经模具冷却固化而得到具有泡孔结构之成品。
若采用Han and Yoo 气泡成长动力模型，可以仿真出气泡成长的过程与气泡成长动力。
关于此技术，有四项步骤：
(1)气体溶解（Gas dissolution）－ 超临界流体（Supercritical fluid, SCF）射入料管，在高压下与熔胶形成单相熔体。
(2)成核（Nucleation）－ 当熔胶通过喷嘴射入模穴内时，因急速的压力降而形成大量的成核点。
(3)气泡成长（Cell growth）－ 气泡成长与合并发生在成型阶段时。
七大炼化工艺，从原油到成品油6个月前
(3)超临界抽提溶剂脱沥青工艺
超临界流体抽提是利用抽提体系在临界区附近具有反常的相平衡特性及异常的热力学性质，通过改变温度、压力等参数，使体系内组分间的相互溶解度发生剧烈变化，从而实现组分分离的技术。
本篇文章将详细介绍非牛顿流体函数的具体使用方法。
常见的非牛顿流体有：幂律、CarreauYasuda 模型、交叉模型、Herschel-Bulkley 模型以及粘度曲线等 5 种模型。
表观粘度η
非牛顿流体的粘度μ随剪切速率γ′和剪切应力τ而变化，所以用流动曲线上某一点的τ与γ′的比值来表示在某一值时的粘度，这种粘度称为表观粘度，用η表示：
τ=ηγ′
η=τ/γ′
本篇文章将详细介绍非牛顿流体函数的具体使用方法。
常见的非牛顿流体有：幂律、CarreauYasuda 模型、交叉模型、Herschel-Bulkley 模型以及粘度曲线等 5 种模型。
表观粘度η
非牛顿流体的粘度μ随剪切速率γ′和剪切应力τ而变化，所以用流动曲线上某一点的τ与γ′的比值来表示在某一值时的粘度，这种粘度称为表观粘度，用η表示：
τ=ηγ′
η=τ/γ′
生物催化反应中溶剂体系的选择8个月前
而超临界流体（supercrtical fluids, SCFs）是一种新兴的溶剂，其在特定压力和温度下为介于液态和气态的气体，能够通过改变反应温度与压力来改变其溶解能力。最常见的例子为超临界CO2，含量丰富且不可燃，颇具优势，但同时需要专用压力设备，因此普通实验室无法使用。
下表（原文Table 4）列举了以上几种溶剂的应用体系（颜色越深，应用该溶剂的相关文献越多），溶解度影响因素及实例。
基本原理：
微孔发泡成型过程可分成三个阶段：首先是将超临界流体(二氧化碳或氮气)溶解到热融胶中形成单相溶体；然后通过开关式射嘴射人温度和压力较低的模具型腔，由于温度和压力降低引发分子的不稳定性从而在制品中形成大量的气泡核，这些气泡核逐渐长大生成微小的孔洞。
(3)超临界抽提溶剂脱沥青工艺
超临界流体抽提是利用抽提体系在临界区附近具有反常的相平衡特性及异常的热力学性质，通过改变温度、压力等参数，使体系内组分间的相互溶解度发生剧烈变化，从而实现组分分离的技术。
微孔发泡成型过程可分成三个阶段：首先是将超临界流体(二氧化碳或氮气)溶解到热融胶中形成单相溶体；然后通过开关式射嘴射人温度和压力较低的模具型腔，由于温度和压力降低引发分子的不稳定性从而在制品中形成大量的气泡核，这些气泡核逐渐长大生成微小的孔洞。
超材料的出现让“隐形”梦从科幻照进现实。然而超材料设计复杂、制造困难，难以量产。在最近发表于《国家科学评论》（National Science Review, NSR）的文章中，新加坡南洋理工大学罗宇、张柏乐所在的研究团队设计了一种无需超材料的针对流体的隐形斗篷。该斗篷可使流体在绕过障碍物时保持原有的运动轨迹，从而在流体运动下有效地隐藏大尺度物体。 在《哈利·波特》系列的第二部中，一件神奇的“隐形
