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.     

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。     

化学吸收法测定新型复合转子旋转床气液有效比表面积及液相传质系数

用不同浓度的NaOH溶液吸收CO2,分别测定新型复合转子旋转床的气液有效比表面积和液相传质系数,考察了液量、气量和转速的影响. 结果表明,新型复合转子旋转床的有效比表面积和液相传质系数均随液量、气量和转速增大而增大. 在相同操作条件下,与折流式旋转床相比,新型复合转子旋转床转子的有效比表面积增大7%~159%,液相传质系数降低7.7%~18.2%,最终液相体积传质系数增大4%~132%.     

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     

塔板上流型变化对板效率影响的计算传质学

利用能够描述塔板上气液两相错流过程的流体力学模型,建立了同时模拟气液两相流动与传质过程的数学模型;通过对气液两相传质方程和流体力学模型方程的联立求解,计算得到了塔板上液相速度分布和气液两相浓度分布的数值解,考察了气相完全混合和气相部分混合两种条件下塔板上的气液两相浓度分布,同时考察了气相完全混合时流型变化对塔板效率的影响.     

气液降膜流动中液相速度波动及其传质研究

为了研究降膜流动的动力学性质及其对气液传质过程的影响,在气液逆流的不同气液流动条件下采用激光多普勒(1aser Doppler anemometer,简称LDA)测量了降膜流动的液相速度分布和瞬时速度波动.和以往假定液膜外侧为自由表面,液膜表面处剪切力为零的Nusselt模型进行了比较,LDA测量结果表明气液逆流时降膜流动的最大液相速度出现在液膜表面之内,并且是以近界面区域的速度波动为特征的流动.在相同的降膜装置中进行了乙醇稀溶液的解吸实验,液相传质系数的实验测量值是渗透理论预测值的1～2倍.实验结果表明液相界面区域的速度波动加快了气液界面的表面更新速率,减小了传质阻力,强化了气液界面的传质过程.考虑液膜波动特征对气液接触情况的影响,从气液两相接触时间的角度出发,修正了渗透理论对液相平均传质系数的预测,预测结果和实验结果相吻合.     

薄膜蒸发器温度场及膜内给热系数的数值模拟

应用CFD软件CFX4.4建立了薄膜蒸发器内水及粘性料液的传热计算模型,获得了沿轴向及膜厚方向的液膜平均温度分布,计算了各参数下加热段液膜内给热系数a. 结果表明,进料量及搅拌转速对各料液液膜温度分布及膜内给热系数影响显著. 不同粘度料液在不同操作条件下均存在同一最佳进料量,此时圈形波内截面平均速度 达到最大值, 相应的膜内给热系数a也达到最大值. 高转速或最佳进料量下,纯物质水流动边界层与膜厚之比及温度边界层与膜厚之比均最小,流动边界层与温度边界层存在内在联系. 传递边界层厚度严重影响液膜内温度分布及给热系数. 本研究各工况下,粘性料液尚未形成明显的温度边界层.     

多组分相际传质近界面浓度场的测定

<正> 1 引言 多组分相际传质的理论研究进展缓慢,由于实验技术的限制,现有的传质理论尚未得到验证,其微观机理尚不清楚,而深入研究多组分相际传质的关键问题是选择合适的浓度测量方法.目前,激光测温已普遍应用于各学科研究领域,但浓度场的测定尚限于浓度变化大且变化区域大的体系,文献报道最多的是扩散系数的测定.苗容生等利用显微激光全息干涉技术,成功地测出了湍流场中二元气液传质液相侧边界层内的浓度场变化.对于三元系统的测量,迄今未见文献报道,本文利用双波长激光显微全息干涉技术,对三元气液传质液相侧边界层内的浓度分布进行测量.     

矩形截面螺旋通道内弹状流的流动特性

对水平放置矩形截面螺旋通道内弹状流的流动特性进行了实验研究.通过实验获得了不同周角下的气弹演变过程和局部流动特征,结果表明,其流动特性会随着螺旋周角位置的变化而变化.根据实验数据分析发现,同一工况下,不同转角气弹的运动速度、频率和长度分布不尽相同.重力和离心力的相对大小决定着内外壁面液膜的厚度,给出了同一条件下,不同时刻的液膜厚度的演变过程.最后对下降液膜的运动速度展开了分析研究,在螺旋上升过程中,液膜下降速度逐渐减小,在螺旋下降段,液膜速度明显增大.     

并流降膜塔液相传质系数实验研究

水吸收含１０％ＣＯ２的混合气为体系，测定了并流降膜塔中液相传质系数与气液相流量的关系。液相传质系数与液相流量基本呈线性关系。在较低气相流量情况下，液相传质系数ｋＬ随气相流量的增加而增大，但当气相流量超过某一定值时，随着气相流量的增加反而减小。     

毛细管中泰勒流液侧传质特性及其强化机理的CFD模拟

采用计算流体力学（CFD）的方法,研究了圆管中泰勒流的液侧传质特性,分析了泰勒气泡上局部传质特性,并研究了气泡上升速度、液膜长度和液栓长度对液膜处和气泡半球帽处平均传质系数的影响。结果表明,泰勒气泡表面局部传质系数存在3个峰值,液膜处的平均传质系数随气泡上升速度增大显著增大,随液膜长度增大而减小,而半球帽处的平均传质系数随气泡速度和液膜长度的增大变化较小,即膜接触时间增加时,液膜处的传质系数降低,而半球帽处传质系数变化较小。另外,引入场协同原则对单元胞内速度场和浓度场进行分析,解释了局部传质特性及强化机理。最后,给出了分别预测短和长膜接触时间下泰勒流液侧体积传质系数的关联式,该式在较宽的管径尺度范围（0.25～3 mm）内的预测误差在±20%以内。     

气液固微型流化床的气液传质系数

气液固微型流化床兼具微流控系统和宏观流化床的优点,具有潜在的工业应用价值,但是,其应用基础研究十分缺乏。采用床径为1.6、2.0、2.4 mm的微型流化床,平均粒径为160、190、220 μm的玻璃珠,以NaOH水溶液吸收CO₂气体为气液传质研究物系,在三相流动研究的基础上,考察了表观气速、表观液速、床径、粒径等对三相微型流化床气液体积传质系数的影响。结果表明：给定其他条件,增加表观气速和表观液速,均使气液体积传质系数增大;表观气速主要改变气含率和气液相界面积,而表观液速主要改变液相传质系数;床径减小,气液相界面积和气液体积传质系数都有所增加;在气液两相微型鼓泡塔中加入固体颗粒,形成三相分散鼓泡流型,当其固含率在0.15~0.30范围内,可显著增强气液传质,其气液体积传质系数是气液微鼓泡塔的1.1~1.5倍;与宏观流化床相比,相同条件下微型床的相界面积为它的5~10倍,是微型流化床具有更大体积传质系数的主要影响因素。     

气液固微型流化床的气液传质系数

气液固微型流化床兼具微流控系统和宏观流化床的优点,具有潜在的工业应用价值,但是,其应用基础研究十分缺乏。采用床径为1.6、2.0、2.4 mm的微型流化床,平均粒径为160、190、220 μm的玻璃珠,以NaOH水溶液吸收CO₂气体为气液传质研究物系,在三相流动研究的基础上,考察了表观气速、表观液速、床径、粒径等对三相微型流化床气液体积传质系数的影响。结果表明：给定其他条件,增加表观气速和表观液速,均使气液体积传质系数增大;表观气速主要改变气含率和气液相界面积,而表观液速主要改变液相传质系数;床径减小,气液相界面积和气液体积传质系数都有所增加;在气液两相微型鼓泡塔中加入固体颗粒,形成三相分散鼓泡流型,当其固含率在0.15~0.30范围内,可显著增强气液传质,其气液体积传质系数是气液微鼓泡塔的1.1~1.5倍;与宏观流化床相比,相同条件下微型床的相界面积为它的5~10倍,是微型流化床具有更大体积传质系数的主要影响因素。     

MASS TRANSFER IN GAS-SPARGED POROUS ELECTRODES

The electrochemical limiting current method was used to measure mass transfer coefficients with cocurrent upward gas-liquid flow in packed bed electrodes. Liquid-solid and overall gas-solid coefficients were determined from limiting current data in the presence of inert or reactive gas flows with the use of a plug flow model. The presence of inert gas flow increased mass transfer coefficients over those in single-phase flow by a factor of up to 1.7. As a result of boundary layer penetration by gas bubbles, sparging with reactive gas increased mass transfer rates by a factor of up to 3.5.     

MASS TRANSFER IN GAS-SPARGED POROUS ELECTRODES

The electrochemical limiting current method was used to measure mass transfer coefficients with cocurrent upward gas-liquid flow in packed bed electrodes. Liquid-solid and overall gas-solid coefficients were determined from limiting current data in the presence of inert or reactive gas flows with the use of a plug flow model. The presence of inert gas flow increased mass transfer coefficients over those in single-phase flow by a factor of up to 1.7. As a result of boundary layer penetration by gas bubbles, sparging with reactive gas increased mass transfer rates by a factor of up to 3.5.     

CFD modeling of pervaporative mass transfer in the boundary layer

Modeling mass transfer in the liquid boundary layer accounting for concentration polarization in pervaporation (PV) is particularly challenging since there is no practical way of experimentally determining solute concentration at the membrane surface. We have developed a computational fluid dynamics (CFD) approach to describe not only velocity distribution but also concentration profile in the liquid boundary layer of a slit membrane channel. The satisfactoriness of the numerical methodology used in CFD for obtaining concentration profiles were verified using a classic diffusion problem with its known analytical solution. The overall mass transfer coefficients from the numerical study were also compared with those from the experiment.     

整体式床层中液体分布与气-液传质的关系

With a particular focus on the connection between liquid flow distribution and gas-liquid mass transfer in monolithic beds in the Taylor flow regime, hydrodynamic and gas-liquid mass transfer experiments were carried out in a column with a monolithic bed of cell density of 50 cpsi with two different distributors (nozzle and packed bed distributors). Liquid saturation in individual channels was measured by using self-made micro-conductivity probes. A mal-distribution factor was used to evaluate uniform degree of phase distribution in monoliths. Overall bed pressure drop and mass transfer coefficients were measured. For liquid flow distribution and gas-liquid mass transfer, it is found that the superficial liquid velocity is a crucial factor and the packed bed distributor is better than the nozzle distributor. A semi-theoretical analysis using single channel models shows that the packed bed distributor always yields shorter and uniformly distributed liquid slugs compared to the nozzle distributor, which in turn ensures a better mass transfer performance. A bed scale mass transfer model is proposed by employing the single channel models in individual channels and incorporating effects of non-uniform liquid distribution along the bed cross-section. The model predicts the overall gas-liquid mass transfer coefficient with a relative error within ±30%.     

高温高压浆态鼓泡床反应器中的气-液传质

The gas-liquid mass transfer of H2 and CO in a high temperature and high-pressure three-phase slurry bubble column reactor is studied. The gas-liquid volumetric mass transfer coefficients kLa are obtained by measuring the dissolution rate of H2 and CO. The influences of the main operation conditions, such as temperature, pressure,superficial gas velocity and solid concentration, are studied systematically. Two empirical correlations are proposed to predict kLa values for H2 and CO in liquid paraffln/solid particles slurry bubble column reactors.     

强制气流作用下溶液蒸发过程的传质规律

针对强制气流作用下溶液的蒸发过程,在分析气液相间力学特性的基础上,根据Levich涡流衰减理论和边界层理论,将气流流动状态与相间传质结合,研究了湍流气流横掠液面过程中气液相间的传质变化规律,分析了雷诺数、气流流道结构及普朗特混合长度对传质的影响,得到了气液相间的湍流质扩散系数的变化规律,湍流气流横掠液面条件下的对流传质准则数Sh=0.221Sc1/3Rex1/2. 结果表明,湍流扩散系数、传质系数与气流的流动状态密切相关,气流流道结构对气液相间的传质有重要影响.