CN109745907B - 一种基于中空泡沫材料的流体分布器及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及流体分布器领域，具体地说是一种基于中空泡沫材料的流体分布器及其应用。该流体分布器的主要功能部件由中空泡沫材料构成，其在宏观上由三维连通的骨架网络构建而成，网络骨架自身为三维连通的具有中空结构的微通道，微通道管壁含有纳米级和微米级孔径的孔隙。采用本发明所述的结构设计，制得具有三维连通网络的基于中空泡沫材料的流体分布器。该流体分布器同时具有尺寸可调控的三种类型的孔隙：宏观三维连通网孔、三维连通的中空微通道、微通道管壁内的微米(和纳米)级孔隙。本发明流体可以通过三维连通中空微通道经由微通道管壁均匀分布至宏观三维连通网孔内，且可以与宏观三维连通网孔内的另一种流体均匀混合。

Description

一种基于中空泡沫材料的流体分布器及其应用

技术领域

本发明涉及流体分布器领域，具体地说是一种基于中空泡沫材料的流体分布器及其应用。

背景技术

在化工生产、生物化学工程等领域，存在大量多相流相互接触的传质过程、传热过程或化学反应过程。为了提高传质、传热、化学反应效率，需要提高各相流体之间的相互接触面积。因而，能够在某一截面上将流体进行均匀分布进而提高各相流体接触几率的流体分布器逐渐获得广泛关注与大量应用。

在实际生产过程中，流体分布器可分为气体分布器和液体分布器两大类。其中，气体分布器多采用分布效率不高的送风管、风阀、散流器等。而液体分布器则多采用分布尺度较大的管式分布器、槽式分布器、阀式分布器等，广泛应用于蒸馏、精馏等化工领域。

中空泡沫材料是一种特殊的多孔材料。其宏观结构特征是以多边形封闭环为基本单元，各基本单元相互连接形成的三维连通网络。此类结构的材料拥有质量轻、孔隙率可调、高渗透率等诸多优点，流体在其三维连通的网孔里的质量传递、动量传递、热量传递效率均可以得到有效提高。因此，泡沫材料，尤其是具有多孔管壁的中空泡沫材料能够将跨多孔中空管壁的流体分布与宏观三维网孔内的流体分布进行高效耦合，在流体分布领域的应用正逐渐受到广泛的重视。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于中空泡沫材料的流体分布器及其应用，解决现有技术中流体传质效率低、材料不耐高温、不抗氧化、耐腐蚀性差、力学性能差等问题。

本发明的技术方案是：

一种基于中空泡沫材料的流体分布器，该流体分布器由一个分布单元组件独立构成，或者由两个以上或两种以上结构的分布单元组件通过并联或串联方式进行模块化组装集成，同时具有尺寸可调控的三种类型的孔隙：宏观三维连通网孔、三维连通的中空微通道、微通道管壁内的微米和纳米级孔隙；所述的分布单元组件主要由如下功能区构成：分布流体引接口、集流空腔、流体密封阻挡层、流体一级分布区、流体二级分布区。

所述的基于中空泡沫材料的流体分布器，该流体分布器的主要功能区域为流体二级分布区，该区域由中空泡沫材料构成，其在宏观上由三维连通的骨架网络构建而成，网络骨架自身为三维连通的具有中空结构的微通道，微通道管壁含有纳米级和微米级孔径的孔隙。

所述的基于中空泡沫材料的流体分布器，作为流体分布器主要功能部件的中空泡沫材料，宏观上三维连通网络结构的网孔尺寸为0.2mm～20mm，构成该中空泡沫材料网络骨架的中空微通道的外径尺寸为0.1mm～10mm，内径尺寸为0.02mm～9mm。

所述的基于中空泡沫材料的流体分布器，构成该流体分布器主要功能部件的中空泡沫材料，其网络骨架的中空微通道的管壁的物理结构或化学结构类型为各向同性的或各向异性的，中空微通道管壁含有的孔隙的孔径尺寸范围为0.1nm～100μm，中空微通道管壁具有的孔隙率为0～60％，通过调控中空微通道管壁的孔结构来控制流体分布过程对应的分布选择性、分布通量、分布压力降。

所述的基于中空泡沫材料的流体分布器，构成该流体分布器的部分或所有功能区的主要组成物质是以下类别中的一种或两种以上：陶瓷材料、氧化物材料、金属材料、碳材料、高分子材料。

所述的基于中空泡沫材料的流体分布器，陶瓷材料选自以下的一种或两种以上：(1)氧化物及复合氧化物：Al₂O₃、SiO₂、ZrO₂、MgO、CaO、BeO、SrO、NiO、CuO、TiO₂、V₂O₅、Fe₃O、RuO₂、WO₃、ZnO、SnO₂、CdO、Nb₂O₅、PbO、Pb₃O₄、Bi₂O₃、MoO₃、Cr₂O₃、Y₂O₃、MnO、MnO₂、Mn₂O₃、Mn₃O₄、CoO、Co₃O₄、Co₂O₃、镧系氧化物、锕系氧化物；莫来石3Al₂O₃·2SiO₂、铝镁尖晶石MgO·3Al₂O₃、镁铬尖晶石MgO·Cr₂O₃、锆英石ZrO₂·SiO₂、正硅酸钙2CaO·SiO₂、镁橄榄石2MgO·SiO₂、钙钛矿型复合氧化物，钙钛矿型复合氧化物为CaTiO₃及掺杂的CaTiO₃、BaTiO₃及掺杂的BaTiO₃、LiNbO₃及掺杂的LiNbO₃、SrZrO₃及掺杂的SrZrO₃、LaMnO₃及掺杂的LaMnO₃、掺杂的SrCo_yFe_1-yO_3-δ，0＜y＜1、A位替代的La_xA_1-xCo_yFe_1-yO_3-δ，其中A＝Sr、Ba、Ca，0＜x＜1，0＜y＜1；(2)碳化物：碳化硅、碳化锆、碳化钨、碳化钛、碳化硼、碳化钽、碳化钒、碳化铬、碳化铌、碳化钼、碳化铁、碳化锰；(3)氮化物：α-Si₃N₄、β-Si₃N₄、AlN、Si_6-xAl_xO_xN_8-x、BN；(4)Si；

金属材料选自包含Li、Na、K、Al、Ca、Sr、Mg、Ni、Fe、Cu、V、Cr、Mo、W、Mn、Co、Zn、Y、Zr、Nb、Ag、Pd、Ru、Rh、Au、Pt、Ta、镧系金属、锕系金属的金属单质、或包含上述元素的合金、金属固溶体或金属间化合物中的一种或两种以上；

碳材料材选自以下的一种或两种以上：石墨、无定型碳、石墨烯、金刚石、活性炭、有序介孔碳、无序介孔碳、碳纤维、碳纳米管、碳微米管、碳分子筛；

高分子材料选自以下的一种或两种以上：聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚丙乙烯、聚丁二烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯腈、聚己内酰胺PA6、聚癸二酰己二胺PA610、聚十一内酰胺PA11、聚十二二酰己二胺PA612、聚癸二酰癸二胺PA1010、聚丙烯酰胺、共聚多酰胺、聚酰亚胺、聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚三聚氰酸酯、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸二丁酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚苯醚、聚苯硫醚、聚芳砜、聚醚砜、双酚A型聚砜、双酚A聚碳酸酯、四甲基双酚A聚碳酸酯、聚二甲基对苯二胺、三乙酸纤维素、乙酸纤维素、聚醚酰亚胺、聚二甲基硅氧烷、聚三甲基硅氧烷丙炔、聚4-甲基-1-戊烯、聚对苯二甲酸二醇酯、硅橡胶、天然橡胶。

所述的基于中空泡沫材料的流体分布器，其分布单元组件的结构为以下结构中的一种或两种以上：

(1)三明治式结构1：由中空泡沫/集流空腔/中空泡沫构成三明治结构单元组件，集流空腔由流体密封阻挡层和流体一级分布区包围的空间组成，流体一级分布区与由中空泡沫材料构成的流体二级分布区连通，在管状分布流体引接口与集流空腔对接处的三明治结构端面处设置流体密封阻挡层，并设置管状分布流体引接口与集流空腔连通；

(2)三明治式结构2：由中空泡沫/集流空腔/中空泡沫构成三明治结构单元组件，集流空腔由流体密封阻挡层和流体一级分布区包围的空间组成，流体一级分布区与由中空泡沫材料构成的流体二级分布区连通，设置一个板状分布流体引接口与集流空腔连通；

(3)板块式结构1：在板状中空泡沫的一个端面设置与中空泡沫连通的流体一级分布区，另设流体密封阻挡层与流体一级分布区一起构成集流空腔，管状分布流体引接口在流体密封阻挡层处对接，并保持管状分布流体引接口与集流空腔连通；

(4)板块式结构2：在板状中空泡沫的一个端面设置与中空泡沫连通的流体一级分布区，另设流体密封阻挡层与流体一级分布区一起构成集流空腔，板状分布流体引接口在流体密封阻挡层处对接，并保持板状分布流体引接口与集流空腔连通；

(5)圆柱式结构1：在圆柱状中空泡沫的一个圆底面设置与中空泡沫二级分布区连通的流体一级分布区，另设流体密封阻挡层与流体一级分布区一起构成集流空腔，管状分布流体引接口在流体密封阻挡层处对接，并保持管状分布流体引接口与集流空腔连通；

(6)圆柱式结构2：在圆柱状中空泡沫的中心轴处设置与中空泡沫流体二级分布区连通的管状流体一级分布区，管状流体一级分布区一端与流体密封阻挡层一起形成集流空腔，另在集流空腔开口处的圆柱状中空泡沫的圆底面设置流体密封阻挡层，管状分布流体引接口在流体密封阻挡层处对接，并保持管状分布流体引接口与集流空腔连通；

(7)圆柱式结构3：在圆柱状中空泡沫的中心轴处设置与中空泡沫流体二级分布区连通的管状流体一级分布区，管状流体一级分布区一端与流体密封阻挡层一起形成集流空腔，另在集流空腔开口处设置管状分布流体引接口与流体一级分布区连接，并保持管状分布流体引接口与集流空腔连通。

所述的基于中空泡沫材料的流体分布器，在该流体分布器的应用过程中，流体自三维连通中空微通道内经由微通道管壁向宏观三维连通网孔中进行分布，或者自宏观三维连通网孔内经由微通道管壁向三维连通中空微通道内进行逆向分布。

所述的基于中空泡沫材料的流体分布器，三维连通中空微通道内的流体与宏观三维连通网孔内的流体，均是以下流体类型中的一种或者两种：气体、液体、等离子体。

所述的基于中空泡沫材料的流体分布器，该流体分布器应用于如下领域：生物工程、静态混合、催化、微反应器或微混合器。

本发明的设计思想是：

多孔管壁中空泡沫材料具有三种类型的孔隙：宏观三维连通网孔、三维连通的中空微通道、微通道管壁内的微米(和纳米)级孔隙。采用该中空泡沫材料作为核心分布功能区部件的流体分布器能够综合利用多类型孔隙与多级尺度孔隙，有利于提高流体的分布效率。因此，结合中空泡沫材料结构优点和实际生产中流体分布器技术发展需求，将中空泡沫材料引入流体分布器的结构设计中，成功研制出基于中空泡沫材料的流体分布器，并针对其分布单元组件的结构提出设计方案，是本发明的主要创新点之一。

本发明具有如下优点及有益效果：

1、本发明所述的基于中空泡沫材料的流体分布器具有三种类型的孔隙：宏观三维连通网孔、三维连通的中空微通道、微通道管壁内的微米(和纳米)级孔隙。该流体分布器综合利用多类型孔隙与多级尺度孔隙，有利于提高流体的分布效率。

2、与一般的流体分布器相比，基于中空泡沫材料的流体分布器的宏观三维连通网孔可以将流体进行静态混合，实现分布与静态混合的集成。

3、本发明所述的基于中空泡沫材料的流体分布器的构成材质种类广泛，具有较高传质效率，耐高温、耐腐蚀、抗氧化等特点。

4、本发明技术工艺简单，无需复杂设备。对应的流体分布器系统可以模块化生产与组装。

5、本发明流体可以通过三维连通中空微通道经由微通道管壁均匀分布至宏观三维连通网孔内，且可以与宏观三维连通网孔内的另一种流体均匀混合。

附图说明

图1为构成本发明所述流体分布器主要功能区的具有多孔管壁的中空泡沫材料的宏观形貌。

图2为本发明所述的分布单元组件的代表性功能区示意图。

图3为分布单元组件的结构(三明治式结构1)：中空泡沫/集流空腔/中空泡沫+管状分布流体引接口。其中，(a)为(c)图的B-B剖视图；(b)为(c)图的A-A剖视图；(c)为主视图。图中，1分布流体引接口；2流体密封阻挡层；3流体一级分布区；4流体二级分布区；5集流空腔。

图4为分布单元组件的结构(三明治式结构2)：中空泡沫/集流空腔/中空泡沫+板状分布流体引接口。其中，(a)为(c)图的B-B剖视图；(b)为(c)图的A-A剖视图；(c)为主视图。图中，1分布流体引接口；2流体密封阻挡层；3流体一级分布区；4流体二级分布区；5集流空腔。

图5为分布单元组件的结构(板块式结构1)：中空泡沫/集流空腔+管状分布流体引接口。其中，(a)为(c)图的B-B剖视图；(b)为(c)图的A-A剖视图；(c)为主视图。图中，1分布流体引接口；2流体密封阻挡层；3流体一级分布区；4流体二级分布区；5集流空腔。

图6为分布单元组件的结构(板块式结构2)：中空泡沫/集流空腔+板状分布流体引接口。其中，(a)为(c)图的B-B剖视图；(b)为(c)图的A-A剖视图；(c)为主视图。图中，1分布流体引接口；2流体密封阻挡层；3流体一级分布区；4流体二级分布区；5集流空腔。

图7为三种圆柱式分布单元组件的结构。其中，(a)为圆柱式结构1主视图；(b)为(a)图的A-A剖视图；(c)为圆柱式结构2主视图；(d)为(c)图的B-B剖视图；(e)为圆柱式结构3主视图；(f)为(e)图的A-A剖视图；图中，1分布流体引接口；2流体密封阻挡层；3流体一级分布区；4流体二级分布区；5集流空腔。

具体实施方式

在具体实施过程中，本发明基于中空泡沫材料的流体分布器，由一个分布单元组件独立构成，也可以是由两个以上或两种以上结构的分布单元组件通过并联或串联方式进行模块化组装集成。所述的分布单元组件主要由如下功能区构成：分布流体引接口、集流空腔、流体密封阻挡层、流体一级分布区、流体二级分布区。该流体分布器的主要功能区域为流体二级分布区，该区域由中空泡沫材料(见附图1)构成，其在宏观上由三维连通的骨架网络构建而成，网络骨架自身为三维连通的具有中空结构的微通道，微通道管壁含有纳米级和微米级孔径的孔隙。

其中，作为流体分布器主要功能部件的中空泡沫材料，宏观上三维连通网络结构的网孔尺寸为0.2mm～20mm，构成该中空泡沫材料网络骨架的中空微通道的外径尺寸为0.1mm～10mm，内径尺寸为0.02mm～9mm。

其中，构成该流体分布器主要功能部件的中空泡沫材料，其网络骨架的中空微通道的管壁的物理结构或化学结构类型为各向同性的或各向异性的，中空微通道管壁含有的孔隙的孔径尺寸范围为0.1nm～100μm，中空微通道管壁具有的孔隙率为0～60％，可以通过调控中空微通道管壁的孔结构来控制流体分布过程对应的分布选择性、分布通量、分布压力降。

其中，构成该流体分布器的部分或所有功能区的主要组成物质是以下类别中的一种或两种以上：陶瓷材料、氧化物材料、金属及其合金(或固溶体，或金属间化合物)材料、碳材料、高分子材料。

所述金属材质选自包含Li、Na、K、Al、Ca、Sr、Mg、Ni、Fe、Cu、V、Cr、Mo、W、Mn、Co、Zn、Y、Zr、Nb、Ag、Pd、Ru、Rh、Au、Pt、Ta、镧系金属、锕系金属的金属单质、或包含上述元素的合金、金属固溶体或金属间化合物中的一种或两种以上；

所述陶瓷材质选自以下的一种或两种以上：(1)氧化物及复合氧化物：Al₂O₃、SiO₂、ZrO₂、MgO、CaO、BeO、SrO、NiO、CuO、TiO₂、V₂O₅、Fe₃O、RuO₂、WO₃、ZnO、SnO₂、CdO、Nb₂O₅、PbO、Pb₃O₄、Bi₂O₃、MoO₃、Cr₂O₃、Y₂O₃、MnO、MnO₂、Mn₂O₃、Mn₃O₄、CoO、Co₃O₄、Co₂O₃、镧系氧化物、锕系氧化物；莫来石(3Al₂O₃·2SiO₂)、铝镁尖晶石(MgO·3Al₂O₃)、镁铬尖晶石(MgO·Cr₂O₃)、锆英石(ZrO₂·SiO₂)、正硅酸钙(2CaO·SiO₂)、镁橄榄石(2MgO·SiO₂)、钙钛矿型复合氧化物(CaTiO₃及掺杂的CaTiO₃、BaTiO₃及掺杂的BaTiO₃、LiNbO₃及掺杂的LiNbO₃、SrZrO₃及掺杂的SrZrO₃、LaMnO₃及掺杂的LaMnO₃、掺杂的SrCo_yFe-_1-yO_3-δ，0＜y＜1、A位替代的La_xA_1-xCo_yFe_{1- y}O_3-δ，其中A＝Sr、Ba、Ca，0＜x＜1，0＜y＜1)；(2)碳化物：碳化硅、碳化锆、碳化钨、碳化钛、碳化硼、碳化钽、碳化钒、碳化铬、碳化铌、碳化钼、碳化铁、碳化锰；(3)氮化物：α-Si₃N₄、β-Si₃N₄、AlN、Si_6-xAl_xO_xN_8-x、BN；(4)Si；

所述高分子材质选自以下的一种或两种以上：聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚丙乙烯、聚丁二烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯腈、聚己内酰胺(PA6)、聚癸二酰己二胺(PA610)、聚十一内酰胺(PA11)、聚十二二酰己二胺(PA612)、聚癸二酰癸二胺(PA1010)、聚丙烯酰胺、共聚多酰胺、聚酰亚胺、聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚三聚氰酸酯、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸二丁酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚苯醚、聚苯硫醚、聚芳砜、聚醚砜、双酚A型聚砜、双酚A聚碳酸酯、四甲基双酚A聚碳酸酯、聚二甲基对苯二胺、三乙酸纤维素、乙酸纤维素、聚醚酰亚胺、聚二甲基硅氧烷、聚三甲基硅氧烷丙炔、聚4-甲基-1-戊烯、聚对苯二甲酸二醇酯、硅橡胶、天然橡胶；

所述碳材料材选自以下的一种或两种以上：石墨、无定型碳、石墨烯、金刚石、活性炭、有序介孔碳、无序介孔碳、碳纤维、碳纳米管、碳微米管、碳分子筛。

如图2所示，本发明所述的分布单元组件的代表性功能区，主要包括以下几部分：

流体密封阻挡层：其结构主要是由致密层构成，致密层将宏观三维连通网孔和三维连通的中空微通道密封，作用是同时阻挡宏观三维连通网孔内的流体流动和三维连通的中空微通道内的流体流动。

流体一级分布区：其结构主要是由致密层构成，致密层仅将宏观三维连通网孔密封，作用是仅阻挡流体向宏观三维连通网孔中流动，同时允许流体向三维连通的中空微通道中流动。

流体二级分布区：其结构主要是由多孔的中空微通道管壁构成，作用是使三维连通中空微通道中的流体能够跨过多孔中空微通道管壁向宏观三维连通网孔中分布，或者使宏观三维连通网孔中的流体能够跨过多孔中空微通道管壁向三维连通中空微通道中分布。

下面，通过实施例对本发明进一步详细阐述：

实施例1

如图3(a)-(c)所示，本实施例为三明治式分布单元组件的结构设计，其结构为：中空泡沫/集流空腔/中空泡沫+管状分布流体引接口。

其中，由中空泡沫二级分布区4/集流空腔5/中空泡沫二级分布区4构成三明治结构单元组件，集流空腔5由流体密封阻挡层2和流体一级分布区3包围的空间组成，流体一级分布区3与由中空泡沫材料构成的流体二级分布区4连通，在管状分布流体引接口1与集流空腔5对接处的三明治结构端面处设置流体密封阻挡层2，并设置管状分布流体引接口1与集流空腔5连通。

实施例2

如图4(a)-(c)所示，本实施例为三明治式分布单元组件的结构设计，其结构为：中空泡沫/集流空腔/中空泡沫+板状分布流体引接口。与实施例1不同之处在于，分布流体引接口采用板状分布流体引接口。

其中，由中空泡沫二级分布区4/集流空腔5/中空泡沫二级分布区4构成三明治结构单元组件，集流空腔5由流体密封阻挡层2和流体一级分布区3包围的空间组成，流体一级分布区3与由中空泡沫材料构成的流体二级分布区4连通，设置一个板状分布流体引接口1与集流空腔5连通。

实施例3

如图5(a)-(c)所示，本实施例为板块式分布单元组件的结构设计，其结构为：中空泡沫/集流空腔+管状分布流体引接口。

其中，在板状中空泡沫的一个端面设置与中空泡沫连通的流体一级分布区3，另设流体密封阻挡层2与流体一级分布区3一起构成集流空腔5，管状分布流体引接口1在流体密封阻挡层2处对接，并保持管状分布流体引接口1与集流空腔5连通。

实施例4

如图6(a)-(c)所示，本实施例为板块式分布单元组件的结构设计，其结构为：中空泡沫/集流空腔+板状分布流体引接口。与实施例3不同之处在于，分布流体引接口采用板状分布流体引接口。

其中，在板状中空泡沫的一个端面设置与中空泡沫连通的流体一级分布区3，另设流体密封阻挡层2与流体一级分布区3一起构成集流空腔5，板状分布流体引接口1在流体密封阻挡层2处对接，并保持板状分布流体引接口1与集流空腔5连通。

实施例5

如图7(a)-(f)所示，本实施例为圆柱式分布单元组件的结构设计，三种具体的结构设计如下：

圆柱式结构1，在圆柱状中空泡沫的一个圆底面设置与中空泡沫二级分布区4连通的流体一级分布区3，另设流体密封阻挡层2与流体一级分布区3一起构成集流空腔5，管状分布流体引接口1在流体密封阻挡层2处对接，并保持管状分布流体引接口1与集流空腔5连通，见图7(a)-(b)。

圆柱式结构2，在圆柱状中空泡沫的中心轴处设置与中空泡沫流体二级分布区4连通的管状流体一级分布区3，管状流体一级分布区3一端与流体密封阻挡层2一起形成集流空腔5，另在集流空腔5开口处的圆柱状中空泡沫的圆底面设置流体密封阻挡层2，管状分布流体引接口1在流体密封阻挡层2处对接，并保持管状分布流体引接口1与集流空腔5连通，见图7(c)-(d)。

圆柱式结构3，在圆柱状中空泡沫的中心轴处设置与中空泡沫流体二级分布区4连通的管状流体一级分布区3，管状流体一级分布区3一端与流体密封阻挡层2一起形成集流空腔5，另在集流空腔5开口处设置管状分布流体引接口1与流体一级分布区3连接，并保持管状分布流体引接口1与集流空腔5连通，见图7(e)-(f)。

在该流体分布器的应用过程中，流体自三维连通中空微通道内经由微通道管壁向宏观三维连通网孔中进行分布，或者自宏观三维连通网孔内经由微通道管壁向三维连通中空微通道内进行逆向分布。三维连通中空微通道内的流体与宏观三维连通网孔内的流体，均可以是以下流体类型中的一种或者两种：气体、液体、等离子体，应用于如下几个领域：生物工程、静态混合、催化、微反应器、微混合器。

实施例结果表明，按照本发明所述的结构设计，所制备的基于中空泡沫材料的流体分布器，创新点在于该流体分布器能够综合利用多类型孔隙与多级尺度孔隙，有利于提高流体的分布效率。同时，可以实现流体的分布与静态混合的功能集成。

Claims (9)

1.一种基于中空泡沫材料的流体分布器，其特征在于，该流体分布器由一个分布单元组件独立构成，或者至少两个分布单元组件通过并联或串联方式进行模块化组装集成，同时具有尺寸可调控的三种类型的孔隙：宏观三维连通网孔、三维连通的中空微通道、微通道管壁内的微米和纳米级孔隙；所述的分布单元组件主要由如下功能区构成：分布流体引接口、集流空腔、流体密封阻挡层、流体一级分布区、流体二级分布区；

其分布单元组件的结构为以下结构中的一种或两种以上：

（1）三明治式结构1：由中空泡沫/集流空腔/中空泡沫构成三明治结构单元组件，集流空腔由流体密封阻挡层和流体一级分布区包围的空间组成，流体一级分布区与由中空泡沫材料构成的流体二级分布区连通，在管状分布流体引接口与集流空腔对接处的三明治结构端面处设置流体密封阻挡层，并设置管状分布流体引接口与集流空腔连通；

（2）三明治式结构2：由中空泡沫/集流空腔/中空泡沫构成三明治结构单元组件，集流空腔由流体密封阻挡层和流体一级分布区包围的空间组成，流体一级分布区与由中空泡沫材料构成的流体二级分布区连通，设置一个板状分布流体引接口与集流空腔连通；

（3）板块式结构1：在板状中空泡沫的一个端面设置与中空泡沫连通的流体一级分布区，另设流体密封阻挡层与流体一级分布区一起构成集流空腔，管状分布流体引接口在流体密封阻挡层处对接，并保持管状分布流体引接口与集流空腔连通；

（4）板块式结构2：在板状中空泡沫的一个端面设置与中空泡沫连通的流体一级分布区，另设流体密封阻挡层与流体一级分布区一起构成集流空腔，板状分布流体引接口在流体密封阻挡层处对接，并保持板状分布流体引接口与集流空腔连通；

（5）圆柱式结构1：在圆柱状中空泡沫的一个圆底面设置与中空泡沫二级分布区连通的流体一级分布区，另设流体密封阻挡层与流体一级分布区一起构成集流空腔，管状分布流体引接口在流体密封阻挡层处对接，并保持管状分布流体引接口与集流空腔连通；

（6）圆柱式结构2：在圆柱状中空泡沫的中心轴处设置与中空泡沫流体二级分布区连通的管状流体一级分布区，管状流体一级分布区一端与流体密封阻挡层一起形成集流空腔，另在集流空腔开口处的圆柱状中空泡沫的圆底面设置流体密封阻挡层，管状分布流体引接口在流体密封阻挡层处对接，并保持管状分布流体引接口与集流空腔连通；

（7）圆柱式结构3：在圆柱状中空泡沫的中心轴处设置与中空泡沫流体二级分布区连通的管状流体一级分布区，管状流体一级分布区一端与流体密封阻挡层一起形成集流空腔，另在集流空腔开口处设置管状分布流体引接口与流体一级分布区连接，并保持管状分布流体引接口与集流空腔连通。

2.按照权利要求1所述的基于中空泡沫材料的流体分布器，其特征在于，该流体分布器的主要功能区域为流体二级分布区，该区域由中空泡沫材料构成，其在宏观上由三维连通的骨架网络构建而成，网络骨架自身为三维连通的具有中空结构的微通道，微通道管壁含有纳米级和微米级孔径的孔隙。

3.按照权利要求2所述的基于中空泡沫材料的流体分布器，其特征在于，作为流体分布器主要功能部件的中空泡沫材料，宏观上三维连通网络结构的网孔尺寸为0.2mm～20mm，构成该中空泡沫材料网络骨架的中空微通道的外径尺寸为0.1mm～10mm，内径尺寸为0.02mm～9mm。

4.按照权利要求2所述的基于中空泡沫材料的流体分布器，其特征在于，构成该流体分布器主要功能部件的中空泡沫材料，其网络骨架的中空微通道的管壁的物理结构或化学结构类型为各向同性的或各向异性的，中空微通道管壁含有的孔隙的孔径尺寸范围为0.1nm～100μm，中空微通道管壁具有的孔隙率为0～60%，通过调控中空微通道管壁的孔结构来控制流体分布过程对应的分布选择性、分布通量、分布压力降。

5.按照权利要求1所述的基于中空泡沫材料的流体分布器，其特征在于，构成该流体分布器的部分或所有功能区的主要组成物质是以下类别中的一种或两种以上：陶瓷材料、金属材料、碳材料、高分子材料。

6.按照权利要求5所述的基于中空泡沫材料的流体分布器，其特征在于，陶瓷材料选自以下的一种或两种以上：（1）氧化物及复合氧化物：Al₂O₃、SiO₂、ZrO₂、MgO、CaO、BeO、SrO、NiO、CuO、TiO₂、V₂O₅、Fe₃O、RuO₂、WO₃、ZnO、SnO₂、CdO、Nb₂O₅、PbO、Pb₃O₄、Bi₂O₃、MoO₃、Cr₂O₃、Y₂O₃、MnO、MnO₂、Mn₂O₃、Mn₃O₄、CoO、Co₃O₄、Co₂O₃、镧系氧化物、锕系氧化物；莫来石3Al₂O₃·2SiO₂、铝镁尖晶石MgO·3Al₂O₃、镁铬尖晶石MgO·Cr₂O₃、锆英石ZrO₂·SiO₂、正硅酸钙2CaO·SiO₂、镁橄榄石2MgO·SiO₂、钙钛矿型复合氧化物，钙钛矿型复合氧化物为CaTiO₃及掺杂的CaTiO₃、BaTiO₃及掺杂的BaTiO₃、LiNbO₃及掺杂的LiNbO₃、SrZrO₃及掺杂的SrZrO₃、LaMnO₃及掺杂的LaMnO₃、掺杂的SrCo_yFe_1-yO_3-δ，0＜y＜1、A位替代的La_xA_1-xCo_yFe_1-yO_3-δ，其中A=Sr、Ba、Ca，0＜x＜1，0＜y＜1；（2）碳化物：碳化硅、碳化锆、碳化钨、碳化钛、碳化硼、碳化钽、碳化钒、碳化铬、碳化铌、碳化钼、碳化铁、碳化锰；（3）氮化物：α-Si₃N₄、β- Si₃N₄、AlN、Si_6-xAl_xO_xN_8-x、BN；（4）Si；

金属材料选自包含Li、Na、K、Al、Ca、Sr、Mg、Ni、Fe、Cu、V、Cr、Mo、W、Mn、Co、Zn、Y、Zr、Nb、Ag、Pd、Ru、Rh、Au、Pt、Ta、镧系金属、锕系金属的金属单质、或包含上述元素的合金、金属固溶体或金属间化合物中的一种或两种以上；

碳材料选自以下的一种或两种以上：石墨、无定型碳、石墨烯、金刚石、活性炭、有序介孔碳、无序介孔碳、碳纤维、碳纳米管、碳微米管、碳分子筛；

高分子材料选自以下的一种或两种以上：聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚丙乙烯、聚丁二烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯腈、聚己内酰胺PA6、聚癸二酰己二胺PA610、聚十一内酰胺PA11、聚十二二酰己二胺PA612、聚癸二酰癸二胺PA1010、聚丙烯酰胺、共聚多酰胺、聚酰亚胺、聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚三聚氰酸酯、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸二丁酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚苯醚、聚苯硫醚、聚芳砜、聚醚砜、双酚A型聚砜、双酚A聚碳酸酯、四甲基双酚A聚碳酸酯、聚二甲基对苯二胺、三乙酸纤维素、乙酸纤维素、聚醚酰亚胺、聚二甲基硅氧烷、聚三甲基硅氧烷丙炔、聚4-甲基-1-戊烯、聚对苯二甲酸二醇酯、硅橡胶、天然橡胶。

7.一种权利要求1至6之一所述的基于中空泡沫材料的流体分布器，其特征在于，在该流体分布器的应用过程中，流体自三维连通中空微通道内经由微通道管壁向宏观三维连通网孔中进行分布，或者自宏观三维连通网孔内经由微通道管壁向三维连通中空微通道内进行逆向分布。

8.按照权利要求7所述的基于中空泡沫材料的流体分布器，其特征在于，三维连通中空微通道内的流体与宏观三维连通网孔内的流体，均是以下流体类型中的一种或者两种：气体、液体、等离子体。

9.按照权利要求7所述的基于中空泡沫材料的流体分布器，其特征在于，该流体分布器应用于如下领域：生物工程、静态混合、催化、微反应器或微混合器。

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