阵列凸起微通道内气液两相传质特性研究

研究了阵列凸起微通道内N-甲基二乙醇胺（MDEA）吸收CO₂过程的气液两相传质特性。在弹状流型下,考察了气液两相流量、MDEA浓度对体积传质系数、CO₂吸收效率、压力降以及能量损耗的影响。弹状气泡受到阵列凸起的挤压作用发生形变,促进了气液两相间的传质。与平滑通道相比,阵列凸起微通道在实验条件下具有更好CO₂吸收效率。在相同的能量损耗时,阵列凸起微通道具有更大的体积传质系数。     

气液两相流壁面剪应力及传质系数测试方法探讨

探讨了不加支持电解质条件下，液固传质系数及壁面剪应力的测试方法及测量垂直管中弹状流区上升液体段和下降液膜段的双电极测试技术，并尝试用空气作为测试体系的气相。     

新型气液逆流接触洗涤器流动-传质模型

通过冷模实验对一种新型气液逆流式洗涤器流动传质特性进行了考察。实验结果表明,在不同的操作条件下,洗涤器内气液两相流动会呈现出不同的流型。其中,洗涤器在泡沫流状态下的高效传质段体积和解吸率的数值均较大。将实验结果与理论分析相结合,依据其气液接触表面更新极快、形成高度湍动泡沫流的特点,提出了一种基于该洗涤器结构和操作特性、可以预测洗涤器传质效果的“两段式”流动-传质模型。模型将洗涤器内气液作用区分为两个区段：旋转射流段和高效传质段。利用该模型分析了解吸率与液气比L/G和旋流比ω的变化关系;结果表明,在不同操作条件下,该模型的计算结果与实验数据吻合较好,可供工程设计参考。     

流化床液固两相传质过程的模拟研究进展

液固两相流化床具有液固相接触效率高、传质和传热性能好、颗粒分布均匀等优点,已被广泛应用于众多工业过程中。然而,流化床中与传质过程耦合的颗粒流化的复杂非线性特征及其湍动特性,使得对传质过程特性的研究十分困难。且仅依靠实验观测和理论预测难以揭示多相流相互作用规律,无法获得全面和详细的速度场和浓度场分布情况。近年来,数值模拟的快速发展为深入探索流化床中液固两相流动行为及其与传质过程耦合问题提供了重要的途径。本文对流化床液固两相流动与传质过程模拟方法进行了综述,并对其未来研究趋势进行了展望。借助于计算传质学理论可以更精确地预测局部浓度的分布情况,进而可以深入分析液固两相流化床中的传质过程规律与传质特性,为液固两相流化床的设计和优化提供理论基础。     

气液两相并流体系气含率的表达式及其应用

本文基于气液两相分相流模型和动量守恒原理,并结合若干假定,建立了气液两相并流流动体系的气含率一般表达式,给出了由测定压降利用该表达式在确定管内气液垂直向下并流体系气含率中的应用,验证表明Ｈｉｌｌ提出的气液两相垂直向上并流流动体系的气含率表达工为本文建立一般公式当θ＝９０°时的特例。     

微通道内气-液传质研究

以CO₂-H₂O为模型体系，实验考察了当量直径为667 μm的单通道和16个并行通道内的气-液传质行为.实验发现，液体表观速度增加，单通道内液侧体积传质系数明显提高;同一液体表观速度下，液侧体积传质系数随气体表观速度增加而增加;在实验数据基础上关联了液侧体积传质系数与气-液两相流参数间的关系.微通道内的液侧体积传质系数较常规尺度气-液接触设备至少高1～2个数量级.并讨论了并行微通道内气-液两相流分配特性对整体传质性能的影响，表明合理设计气、液流动分布结构，可保证微通道内优异的传质特性.     

高温气体穿越液池过程气液传热传质数值分析

建立气液二相间动量、热量及质量同时传递数学模型,数值模拟了高温气体穿越液池气液直接接触热质传递规律。模型中考虑了气泡破碎、聚合以及冷却水蒸发等因素的影响。数值模拟获得了液池内气液二相温度变化规律,探讨了液池内表观气速、气泡尺寸以及进入液池气体温度等因素对液池内气液二相温度分布特性的影响。计算结果与实验值吻合较好,验证了模型的可行性。数值模拟结果表明:高温气体在进入液池后,首先经历一个剧烈的气液热质交换过程,存在一个较大的温度梯度变化,而随后气体温度变化趋于平缓;随着液池内表观气速的降低,池内气体温度降低;最大冷却水蒸发速率和最高气体温度均出现在靠近下降管出口的区域。     

低压蒸汽管道气液两相流场数值分析

采用Ansys Fluent 17.0对管道模型进行气液两相流数值分析,采用Euler模型计算出液相比例在5%、10%、15%对应液态颗粒直径分别为0.01 mm、0.04 mm、0.08 mm时,管道内中轴面处液相流场速度云图和液相浓度分布云图。模拟结果表明:增大液相浓度和液相颗粒直径会导致出口管道中紊流现象加剧。     

低压蒸汽管道气液两相流数值分析

采用Ansys Fluent 17.0对管道模型进行气液两相流数值分析,采用Euler模型计算出液相比例在5%、10%、15%时,对应液态颗粒直径分别为0.01mm、0.04mm、0.08mm时,管道内中轴面处静压流场分布和气液两相分布情况。模拟结果表明:增大液相浓度和液相颗粒直径都会导致压力损失,湍流增强,但增大颗粒直径的影响明显大于增大液相浓度。     

新型洗涤冷却室内气液两相的分布特性

采用双头电导探针法对新型洗涤冷却室环隙鼓泡床内气液两相的局部气含率、气泡直径等分布规律进行了实验研究,并用Fluent商业软件对床层内气含率分布进行了模拟计算,模拟结果与实验结果吻合较好。研究结果表明：新型洗涤冷却室内部构件对环隙鼓泡床内气液两相的分布特性影响显著,气相分布更加均匀,液面波动更趋平稳,有效地减少了气体带水问题,相比国外技术具有更好的操作弹性。     

气液液三相体系中的气液传质特征

选取CO2-K2CO3/KHCO3为吸收体系,次氯酸钠为催化剂,甲苯、异戊醇为第2液相,应用Danckwerts图来同时确定液侧传质系数KL和界面面积a,通过实验研究了分散第2液相的加入对气液传质的影响。实验结果表明,随着分散相体积分数φ(1%—10%)的增大,或分散相形成的液滴直径的减小,以及传质组分在分散相和连续相中溶解度的比值m(即传质组分在实验体系的分配系数)增加,或在二相间的相对扩散系数增加时,可显著增强气液传质,为气液液三相体系的系统化研究提供了实验依据。     

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%.     

Flow regimes and mass transfer in counter-current bubble columns

Counter current bubble columns have the feature that specific gas-liquid interfacial area and gas holdup are larger than those for standard and cocurrent bubble columns. In this study, three different flow regimes, churn-turbulent flow, bubble flow and bubble down-flow, have been observed in a counter-current bubble column and correlations of gas holdup and volumetric liquid-phase mass transfer coefficient have been proposed as functions of operating variables such as the superficial velocities of gas and liquid, the gas-liquid slip velocity and the liquid properties.     

Power consumption and mass transfer in agitated gas-liquid columns: A comparative study

Power consumption, gas holdup and oxygen mass transfer in agitated gas-liquid columns have been studied for an air-water system. Measurements have been carried out in a reciprocating plate reactor using five different types of perforated plates and in a stirred tank reactor with one, two and three Rushton turbines, a helical ribbon impeller with and without surface baffles. Each mixing vessel had an identical geometry with a working volume of 17 L. For reciprocating plate stacks, the gas holdup is a complex function of the perforation diameter, the frequency of agitation and the gas superficial velocity. For radial-type mixing devices, the gas holdup increases more rapidly with the speed of rotation for the helical ribbon. The power imparted to the fluid by the mixing device is independent of the gas superficial velocity for the plate stacks and the helical ribbon impeller for a given frequency or speed of agitation whereas it decreases for Rushton turbines. The correlation of the power consumption obtained for all mixing devices plotted against the reciprocating frequency or speed of rotation to the third power shows a linear fit. K_La values were correlated very well with the power input per unit volume and superficial gas velocity for all mixing devices. At lower power input per unit volume, K_La is a function of only the gas superficial velocity. At higher input power per unit volume, K_La increases rapidly with an increase in the intensity of agitation. Reciprocating plates with larger diameter perforations led to higher K_La values whereas the lowest K_La were obtained with the helical ribbon impeller. Correlations for one and three Rushton impeller assemblies were almost identical whereas measured K_La were much higher for the two-impeller assembly due to the presence of a highly mixed zone in the vicinity of the dissolved oxygen probe.     

剪切变稀体系同心双轴搅拌釜内的气液分散模拟

气液搅拌设备因其良好的适用性被广泛应用于过程工业中。为更好地比较不同工况下剪切变稀体系中的气液分散情况,通过实验研究整体气含率和相对功耗确定适宜的转动模式,进而模拟研究表观气速、体系黏度、搅拌转速对气含率和气泡尺寸的影响。结果表明,相同功率下内外双桨反向旋转模式在理想气液分散条件下,相较于单轴内桨和内外双桨同向旋转模式具有更高的气含率和更好的气体泵送能力;表观气速的增加有利于气泡的均匀分散,但气泡尺寸也会随之增大;有效黏度的增加使得搅拌桨的影响区域变小,不利于气泡的均匀分散,气泡尺寸也随之增大;搅拌转速的增加使得循环涡流的影响区域变大,高气含率区不断扩大。     

界面湍动对气液传质的影响

气液传质过程中经常伴有界面湍动。界面湍动由传质的不均匀性引起,反过来又极大地促进传质。介绍了界面湍动的产生机理和形成条件,对4种不同Ra和Ma准数的情况分别进行了分析。讨论了界面湍动强度对气液传质系数的影响关系。传质系数与Man成正比,其中n随着Marangoni对流胞类型的不同而在1/3和1之间变化。在气液系统中,液相与气相阻力比越大,由界面湍动引起的传质的增强效应越显著。     

气液喷射器的结构设计与性能分析

喷射式环流反应器是一种高效的多相反应器,由于其具有良好的传热、传质和混合特性,目前已被广泛应用于生物、化学、制冷和环境保护等工程领域。气液喷射器作为喷射式环流反应器的核心部件之一,其结构尺寸对环流反应器的传质特性和适用环境都具有显著影响。为考察结构尺寸对喷射器性能的影响,本文根据其工作原理,设计了一台模试气液喷射器,并通过冷模试验对其进行性能测试研究。试验结果表明:气液喷射器的引气能力主要取决于其混合喉管与喷嘴出口截面比f₃/f₁以及喷射器进出口压力降Δp_p/Δp_c,而环流反应器的气含率仅与喷射器的液相射流量和气体引射量有关。相同液相流量条件下,喷射器的最大引射空气量随截面比f₃/f₁的增大而增大,反应器内的平均气含率随之增加;提高液相射流与引射气体的速度差能够加强两股流体间的剪切作用,使气泡更易发生破碎。当喷射器的气液比大于2.6时,反应器内的混合流体可达到乳化状态。     

微通道反应器的一维放大及气液传质特性

微通道反应器能有效增强气液间传质,但处理能力受限。为了提高微通道的处理量,对微通道反应器的一维放大及气-液传质特性进行了研究。以乙醇胺（MEA）和甲基二乙醇胺（MDEA）混合水溶液吸收CO₂为研究物系,在通道深度恒定时,考察了微通道宽度、气液流速对传质特性的影响。结果表明,传质系数和体积传质系数均随通道宽度先增大后缓慢减小,在通道宽度为1000 μm时达到最大值。比表面积随通道宽度的增大而降低。因此,合理增大微通道宽度,可在提高处理能力的同时,仍然保持良好的传质特性。     

卧式搅拌釜气液传质性能研究

在 50L卧式搅拌釜内,采用氧电极法测量纯水 O2 体系的液侧容积传质系数kLa, 研究搅拌弗鲁德数Fr、桨叶尺寸和液含量等对kLa的影响。随着Fr提高,kLa增大;桨径、桨宽、叶片数和层间距与kLa有关系,而层间夹角对kLa影响不大;随液含量的增加kLa先缓慢升高而后降低,且峰形和峰值随Fr的增大而发生变化。研究结果可供四氟乙烯等聚合釜搅拌桨设计优化和工程放大参考。