气泡传质过程近界面非稳态特性及其热力学研究

运用不可逆热力学原理 ,对气泡传质过程进行了理论分析 ,讨论了非稳态、稳态、平衡态的差异及其变化规律。根据实验结果 ,提出了近界面浓度与两相相对运动速度的关系式。对气泡传质过程的近界面浓度场进行了模拟计算 ,计算结果与实验结果相当吻合。     

单乙醇胺水溶液化学吸收CO_2的研究

有机胺水溶液化学吸收CO2在工业上广泛应用,对其传质过程的微观机理进行研究十分必要。文中以对流扩散方程为基础,考虑了界面阻力对传质的影响,建立了带有化学反应的气液吸收过程液相侧非稳态传质模型,得到了传质系数表达式。利用激光全息干涉仪对不同液相主体流速下单乙醇胺(MEA)水溶液化学吸收CO2过程进行了实验研究,测定了传质达到稳态时的液相侧近界面浓度、浓度边界层厚度和传质系数。结果表明:随着液相主体流速的增加,近界面浓度和浓度边界层厚度减小,而传质系数增大;MEA在水溶液中的质量分数由0.1%增大到0.2%时,CO2吸收过程达到稳态时的近界面浓度、浓度边界层厚度及传质系数均增大。传质系数模型计算值与实验值吻合良好。     

单个运动气泡近界面浓度场的研究

对单个气泡传质的近界面浓度场影响因素进行了实验和理论研究．实时激光全息干涉法测量结果表明,运动气泡近界面浓度是一个定态值,受流速、泡径、温度等因素影响显著;假设该传质过程达到局部平衡,进行热力学分析,得到的结论与实验结果一致．在实验测量结果的基础上,对单个O_2气泡在乙醇中吸收时的传质近界面浓度场进行了数值模拟,取得了良好的结果．     

液液界面传质过程的激光干涉法研究

为了研究液液传质过程的界面现象及传质特征,采用实时激光全息干涉技术,根据不同初始浓度时乙醇通过油水界面传质过程的全息干涉图,得到了传质过程水相侧的浓度分布,据此求出了近界面浓度和基于浓度的传质系数,并关联了近界面浓度与主体相溶质浓度的关系。建立了界面能随溶质浓度改变的函数关系,计算结果与实验值吻合良好。研究结果表明,液液静止界面传质过程基本符合双膜理论,溶质的加入能改变界面性能,传质过程界面处于非平衡状态。     

析气界面上气泡滑移促进的传质模型探索

本文在充分研究析气界面上气泡行为的基础上，根据界面上析出气泡的动力学行为，结合界面附近流体及相间传质理论。导出了气泡滑移促进的传质模型     

吸收过程的界面传质机理

以分子热力学为基础 ,对气体吸收过程进行了理论分析 ,导出了传质通量的数学表达式。根据该文分析 ,气液界面传质的源动力来自界面处气液两相的不平衡 ,即只要有传质发生 ,液相界面处的浓度就不会达到与气相呈平衡的浓度。对于气相阻力可以忽略的吸收过程 ,两相传质速率的大小主要取决于液相的溶质界面浓度和液膜厚度 ,影响溶质界面浓度和液膜厚度的主要因素是近界面液相侧的流场分布。利用近界面浓度与液膜厚度的激光测定结果 ,计算了甲醇、乙醇及正丙醇吸收CO2 气泡的传质通量 ,计算结果与实验值吻合良好     

气液并流吸收近界面浓度分布不稳定性实时观测

气液自由界面附近的瞬时浓度分布信息对于理解相际传质动力学很重要。利用激光全息干涉测量系统分别对乙醇、甲醇并流吸收CO2过程中液相内近界面的摩尔分数分布进行了实时观测。研究表明,水平槽道内气液流动传质过程中液相内的不稳定性现象是普遍存在的。它主要包括界面湍动和周期性脉冲爆发2种形式。当传质达到稳态时近界面CO2摩尔分数的分布结果表明,流场内存在着微弱的摩尔分数波动。吸收体系的性质和流速直接影响传质推动力的大小,从而决定摩尔分数波动的强度及深度。     

液体中气泡上浮与传质过程的耦合模型

针对液体中气泡上浮与传质这一非稳态、强耦合过程,分析气泡的受力情况,考虑到非恒定Basset力的影响,得出了气泡瞬态加速度模型;利用绕球流动传质边界层模型,并引入非平衡传质理论,构建了气泡的瞬态非平衡传质模型;进而依据气泡质量变化率将两模型耦合,以此构建了完整描述这一过程的耦合模型。计算实例表明,Basset力对难溶性气泡的运动过程无明显影响,但对易溶性气泡影响显著;传质条件则对两类气泡都具有重要影响,且该模型中引入非平衡传质理论后,计算值与难溶性气泡的实验结果吻合更好。     

甘油水溶液中气液传质过程的研究

对二氧化碳气泡群在不同质量分数的甘油水溶液中的气液传质过程进行了研究。利用二氧化碳探针测定了不同操作条件下二氧化碳的体积传质系数,通过图像处理技术得到了气泡群的界面面积,考察了液相质量分数,气体流量对体积传质系数、界面面积和传质系数的影响。结果表明:体积传质系数均随气体流量的增大而增大,随溶液质量分数的增大而减小。气体流量通过影响界面面积对传质速率产生作用,而甘油水溶液的质量分数对传质速率的影响则归因于黏度对传质系数的影响。     

气泡周围流场的PIV测定和浓度场研究

针对单乙醇胺水溶液吸收二氧化碳过程,采用粒子成像测速仪(PIV)对气泡周围的流场进行了测定,流场围绕气泡的对称轴呈对称分布.对速度场实验数据进行拟合,得到了泡顶对称轴上径向速度的分布方程.另外,采用实时激光全息干涉系统对不同液体流速下单乙醇胺吸收二氧化碳的传质过程进行了研究,通过CCD摄像机采集并记录下不同时刻的全息干涉条纹图.由干涉条纹图和浓度-折射率标准曲线,计算出传质达到稳态时气泡周围液相侧近界面浓度分布,近界面浓度及浓度边界层厚度.浓度分布呈指数衰减趋势,且浓度边界层厚度远远小于速度边界层厚度;随着液体流速的增加,气泡周围液相侧浓度边界层厚度和近界面浓度均减小.结合速度分布方程和对流扩散方程,推导出单乙醇胺水溶液吸收二氧化碳过程液相侧浓度分布模型.