乙醇溶液液滴降压蒸发过程传热传质特性

针对单个乙醇溶液液滴在降压环境下蒸发的传热传质过程建立了数学模型。模型基于液相的能量守恒和 传质扩散理论,利用经典拓展模型计算液滴的质量蒸发率,并引入活度系数考虑液滴表面的蒸气分压。采用液 滴悬挂法进行实验,分别记录了乙醇溶液液滴和乙酸溶液液滴在降压蒸发过程中的液滴内温度变化。将实验数 据与计算结果对比,验证了模型的有效性。通过模型计算获得了液滴内部温度分布以及浓度分布随时间的变化。 结果表明:快速降压阶段空气流动较快,加之乙醇工质易挥发,液滴表面温度下降迅速,液滴内部温差和乙醇 浓度梯度较大;压力稳定后,空气流速为零,液滴内部温差和乙醇浓度梯度逐渐减小。由于液滴内部的热扩散 速率大于传质扩散系数,内部温度随时间的变化比浓度随时间的变化更快。     

盐水液滴降压蒸发析盐过程数值模拟

盐水溶液的降压蒸发广泛应用于海水淡化和工业制盐等领域,因此研究盐水在降压过程中的蒸发特性具有重要意义,有助于解决我国水资源缺乏问题。本文通过数值模拟的方法研究了降压环境下盐水液滴蒸发析盐过程,获得了盐析质量和液滴温度随时间的变化。采用的工质为饱和盐水,液滴的初始温度分别为20℃、15℃、10℃;环境压力从0.1MPa降至2000～10000Pa。通过与实验数据相对比,验证了本文模型的有效性。通过该数学模型,分析了影响析盐率和液滴温度变化的主要因素。结果表明:液滴直径越大,在蒸发过程中其析盐率越高,但温度变化越慢;压降速率越快,液滴蒸发速率越快,析盐率越大,温度变化也越快;液滴初始温度越高,蒸发速率越快,液滴表面析盐率越高,但不同初始温度的盐水液滴,在蒸发过程中其最终温度趋于一致。     

盐水液滴降压环境下蒸发过程

盐水溶液在降压环境下的蒸发过程的研究,主要集中在海水淡化领域的降膜蒸发过程应用方面和工业制盐方面的平坦表面的蒸发过程的研究。而本文主要集中研究各种实验因素对于液滴温度变化的影响。对于多组分液滴降压环境下相变过程的研究,实验采用浓度为15%和6%的盐水溶液作为一组比较工质,在初始环境压力为94.5～97 kPa,最终环境压力范围为50～3000 Pa,液滴的初始温度范围为7～30℃,初始直径范围为1～3 mm的条件下进行实验。通过实验数据分析可知:盐水液滴在降压蒸发过程中的中心温度变化有析盐和不析盐两种现象,随着水分不断地蒸发,当液滴浓度达到22.4%而且温度足够低时就会析出盐分,否则,不会出现析盐现象;同时分析不同浓度、不同最终环境压力、不同初始温度和不同初始直径对液滴相变过程和温度变化的影响,并且观察环境压力降低和液滴温度变化之间的关系。     

凸面恒温基底上固着液滴蒸发特性研究

针对凸面恒温基底上的固着液滴蒸发过程开展了实验和理论研究。实验研究方面,搭建了凸面恒温基底上蒸馏水液滴蒸发的可视化实验系统,捕获了液滴蒸发过程形态变化,使用红外热像仪获得了液滴表面温度分布。理论研究方面,基于环形坐标系建立了凸面恒温基底上固着液滴蒸发的传热传质模型,推导出液滴内部温度分布及其周围蒸气浓度分布的解析解。将模型结果与实验数据进行对比,验证了计算模型的可靠性。研究结果表明：模型计算需考虑蒸发冷却效应,提高基底温度和减小基底曲率直径均可提高液滴蒸发速率;相较于平面基底,凸面基底上液滴的铺展半径更大,钉扎时间延长,总蒸发时间减小,液滴蒸发主要遵循恒定接触半径蒸发模式。此外,液滴/空气界面处的过余温度沿液滴表面从中心到接触线方向单调递增,随着蒸发过程的进行,液滴整体温度分布趋于均匀。研究结果有助于深入掌握凸面基底上固着液滴蒸发的传热传质机理。     

蒸发结晶过程中悬浮溶液液滴形态的变化

利用单轴声悬浮装置观察了毫米大小的无机盐水溶液悬浮液滴蒸发和结晶的动态过程,为认识伴随均匀成核和结晶过程的溶液液滴形态变化规律提供了一个理想的环境．通过对ＮＨ４Ｃｌ溶液液滴广泛的实验观察发现,开始结晶后通常先在液滴表面的局部形成外壳,局部外壳发展到完全成壳经过３种可能的生长历程,即局部外壳向液滴内的生长,沿液滴表面的扩展,以及从局部外壳上个别点向外的枝状物或晶须生长．多数溶质液滴都经历与ＮＨ４Ｃｌ液滴相同的过程演化到完全成壳,但完全成壳后的形态变化却各不相同．初步考察了溶质性质与形态变化的关系,以及二元混合溶液液滴的形态变化规律,并定性地讨论分析了声场存在对于观察结果代表性可能的影响．     

低Reynolds数空气来流正庚烷液滴蒸发过程熵产特性

车用内燃机、航空发动机燃料的主要成分为正庚烷液体。液体燃烧属于扩散型燃烧,燃料先雾化成油雾,然后蒸发,燃油蒸气在气态扩散火焰中燃烧。油雾蒸发是液体燃烧中的重要过程,是决定液体燃烧的燃烧速率的关键步骤。建立了一个二维准稳态的液滴蒸发数值模型,分析了液滴蒸发的熵产,推导出了三维笛卡尔坐标系下的传质熵产公式。基于Fluent软件进行了数值模拟,结果显示低Reynolds数空气来流中的液滴蒸发过程的熵产主要由导热熵产组成,且液滴蒸发越容易,相对总熵产越小,从热力学角度来看其液滴蒸发过程更优。     

液滴在热液相介质中上升汽化时的传热与传质

本文分析了液滴在不互溶的液相介质中上升汽化时的传热和传质,导出了数模,进行了数值求解,获知在泡滴与液相接触的汽液边界处温度下降和浓度升高,存在着溶液的过冷(或过饱和)边界层。实验结果与数模计算结果表明,该模型能够较好地预測液滴汽化的整体特性。     

低Reynolds数空气来流正庚烷液滴蒸发过程熵产特性

车用内燃机、航空发动机燃料的主要成分为正庚烷液体。液体燃烧属于扩散型燃烧,燃料先雾化成油雾,然后蒸发,燃油蒸气在气态扩散火焰中燃烧。油雾蒸发是液体燃烧中的重要过程,是决定液体燃烧的燃烧速率的关键步骤。建立了一个二维准稳态的液滴蒸发数值模型,分析了液滴蒸发的熵产,推导出了三维笛卡尔坐标系下的传质熵产公式。基于Fluent软件进行了数值模拟,结果显示低Reynolds数空气来流中的液滴蒸发过程的熵产主要由导热熵产组成,且液滴蒸发越容易,相对总熵产越小,从热力学角度来看其液滴蒸发过程更优。     

结晶垢结垢过程的传热传质模型

通过对结晶垢结垢过程传热传质机理的分析,证明了垢层表面温度随时间的变化会对结垢过程产生重大影响.据此提出了考虑垢层表面温度变化的描述结垢过程的传热传质模型.对恒壁温和恒热流条件下的结垢过程进行了详尽的分析和讨论.结果表明,对恒壁温情况必须考虑垢层表面温度随时间的变化,这一变化是导致结垢过程渐近特性的重要原因之一;而对恒热流情况,垢层表面温度随时间的变化很小,可以忽略它所带来的对结垢过程的影响.与实验数据比较表明,模型预测是正确可靠的.     

多组分体系单液滴传质系数

INTRODUCTION Solvent extraction has been widely used inpetrochemical, pharmaceutical, hydrometallurgicaland environmental industries.     

单个液滴蒸发模型中不同质量传递公式的有效性分析

液滴蒸发是液体喷雾的重要物理过程,文献中使用了不同的模型计算液滴蒸发中的质量流率。依据质量传递驱动力HM的处理,可将这些模型归类于三种不同形式,即经典模型、质量类比模型和漂移流动模型。本文对这些模型的来源和假设作了分析和总结,发现漂移流动模型考虑了Stefan效应和质量迁移,应为正确的表述,而经典模型忽略了瞬态效应,质量类比模型忽略了Stefan流效应。最后以两种不同蒸发率条件下的液滴蒸发为例进行计算,研究了不同质量传递驱动力对液滴蒸发的影响, 发现经典模型和质量类比模型都对液滴的蒸发估计过低,且高蒸发率下三种模型对液滴蒸发特性的影响更显著。     

气液传质液滴界面的Marangoni对流

通过氮气吹扫双组分液滴,用激光投影法定性观察由于轻组分向气相扩散导致的Marangoni对流结构,结果表明Marangoni对流以小尺度涡流结构和大尺度对称循环流动的形式出现,其中乙醇-水体系首先出现小尺度涡流结构,涡流不断长大合并;丙酮-水体系则以大尺度对称循环对流结构为主,随后在近界面处形成小尺度涡流结构。采用氮气吹扫乙醇-水及丙酮-水静止悬垂单液滴的方法,通过比较实验测量传质系数与理论预测值,表明液滴近界面处Marangoni对流小尺度涡结构对传质促进作用较小,而液滴内大尺度循环对流结构对传质促进作用大。     

乙醇溶液液滴降压闪蒸特性

基于液滴低压闪蒸理论,设计了一套悬垂液滴的真空闪蒸可视化实验装置,研究了质量分数为0、5%、10%、20%的乙醇溶液液滴的降压闪蒸特性,记录了液滴的成核结晶过程。液滴在降压条件下会经历液态蒸发、伴随气泡生长的蒸发、稳态蒸发结冰、伴随气泡生长的结冰、外部结冰内部气泡逸出最终爆裂5种形态。研究表明乙醇溶液的浓度越高,液滴的凝固点越低,液滴结晶所需时间越长;同时还发现一定浓度的乙醇溶液可以提高液滴结晶时的闪蒸室压力,降低了对系统真空度的要求。     

A novel hollow fiber membrane-assisted antisolvent crystallization for enhanced mass transfer process control

Herein, a novel hollow fiber membrane-assisted antisolvent crystallization (MAAC) was proposed to enhance the mass transfer control over the antisolvent crystallization. A polyethersulfone membrane module was introduced as the key device for antisolvent transfer and solution mixing. An antisolvent liquid film layer was formed on the membrane surface and mixed with the solution. The liquid film also prevented the membrane from directly contacting with crystallization solution. By controlling both the shell side flow velocity and the antisolvent transfer, the antisolvent permeation rate achieved sensitive, stable, and accurate control during long-term and repeated utilization. The interfacial mass transfer rate of MAAC was 0.66 mg cm⁻² s⁻¹, which was only 1/50 that of conventional droplet antisolvent crystallization. MAAC also provided crystal products with better morphologies and narrower size distributions than the conventional process. The stable performances of MAAC in terms of its accurate antisolvent mass transfer and antifouling capabilities were also highlighted. © 2018 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 65: 734–744, 2019     

精对苯二甲酸连续多级蒸发结晶的模拟

利用研究得到的精对苯二甲酸结晶动力学,建立了精对苯二甲酸连续多级降压蒸发结晶过程的数学模型,并采用工业数据进行验证。结果表明研究得到的模型能够较好地用于模拟精对苯二甲酸连续多级降压蒸发结晶过程,并进一步研究了主要工艺变量对精对苯二甲酸结晶过程的影响。     

西藏杜佳里盐湖湖水的自然蒸发及析盐规律

湖泊面积扩大和湖水淡化是青藏高原盐湖在响应全球气候变化过程中最直接的一种表现形式,这给青藏高原盐湖资源的开发带来了诸多挑战,探索淡化湖水中可利用元素的富集成矿规律在新形势下越趋重要。本文现场自然蒸发实验以杜佳里淡化碳酸盐型盐湖为研究对象,根据Na⁺、K⁺/Cl^-、SO₄^2-、CO₃^2--H₂O五元体系298K介稳相图,获得了淡化湖水在蒸发过程中Na、K、B、Li元素的富集浓缩规律以及各盐类矿物在蒸发过程中的析出规律。实验结果显示,杜佳里盐湖湖水在自然蒸发过程中最先析出芒硝矿物,其次为含CO₃^2-的碱类矿物,最后析出含B和K的矿物。直至实验结束,未见任何含Li矿物的析出,Li⁺仍处于浓缩富集过程中。     

FTC海水淡化浓盐水蒸发结晶析盐规律研究

以过流式电容法（FTC）排出的海水淡化浓盐水为原料,按照制盐工业通用国家标准中的化学分析方法并结合钾钠火焰光度计等仪器分析方法,在蒸发率不同的情况下测定了蒸发结晶盐及剩余浓盐水中的元素组成。对不同蒸发率条件下析出盐和剩余溶液中元素组成变化的分析结果表明：对蒸发剩余溶液中的离子含量进行数据拟合,利用溶度积常数回算得到的误差符合标准。在浓盐水蒸发率为12.67%~39.33%时可以得到平均质量分数达到99.08%的氯化钠;在蒸发率为72.58%~81.58%时硫酸钙析出最多;在蒸发率为66.00%~81.58%时镁盐析出较多。得到的析盐规律为进一步对FTC海水淡化浓盐水进行资源化处理提供重要的数据依据。