梳状并行微通道内液液分布规律研究

为了实现工业化应用,微反应器的并行放大已成为最有效的放大策略之一。在微反应器的放大过程中,相分布规律的研究是非常重要的。采用高速摄像仪研究了梳状并行微反应器的支通道间距和流量对液液两相分布的影响。当连续相和分散相流量Q_c及Q_d都较小时,不同支通道间距的微反应器内前方支通道的分散相含率较低,后方支通道的分散相含率较高,同时液滴长度的均匀性较差。随着Q_c与Q_d的增大,三种不同构型微反应器内分散相的体积相含率的数值分布逐渐趋于集中。在较高的两相流量下,支通道内液滴长度的均匀性显著提高,其变异系数小于0.15。在实验范围内,支通道间距S = 0.6 mm的微反应器中液滴尺寸均匀分布的操作范围最大。     

搅拌槽内的液液湍流分散(Ⅰ)——分散特性的影响因素

采用取样稳定显微照相分析法,就稳态液液分散体系,研究了搅拌转速、分散剂浓度、分散相体积分率和分散相粘度对液滴大小及其分布的影响,并用界面张力和界面粘性讨论液-液分散行为,为阐明液-液分散机理提供实验依据。     

微通道内液-液泰勒流传热的计算流体力学模拟

微通道内的液-液两相流型在低流速时以泰勒流为主,本文使用计算流体力学方法,对微通道内液-液泰勒流的传热特性进行了研究。首先考察了分散相流速、物系和管径对微通道壁面温度的影响。结果表明:分散相流速和物系热导率增大使得微通道壁面温度降低,管径的改变对微通道壁面温度影响较小。然后针对当量直径为0.5mm的微通道内工作介质为甲苯和水的两相泰勒流模型,考察了微通道壁面剪切力、界面涡度和努塞尔数对壁面和内部温度的影响,并与文献中气-液两相泰勒流的传热性质作了比较。结果表明:壁面剪切力和界面涡度对管壁和界面温度的波动性变化有一定影响,壁面剪切力和界面涡度的波峰往往出现在温度的波峰附近,并且有一定的时间滞后性。甲苯-水两相泰勒流动下的壁面努塞尔数比气-液两相流大得多,液弹单元的平均努塞尔数是相同条件下单相流体流动的1.3倍。     

旋流器内气液两相流动的理论分析

气-液旋流分离过程是气-液两相的三维强旋流运动。以漂移流动模型和颗粒轨迹方程为基础,采用欧拉-拉格朗日方法建立一种新的气液两相流动机理模型。该模型可以用来直接计算气液旋流分离器内部流场中连续相、分散相(液滴)的速度分布,通过计算能够预测旋流器内部的浓度分布,并通过对影响气液分离效率的主要原因——出口气体中的液滴夹带进行分析计算,预测旋流器的分离性能。     

台阶式并行微通道内液液两相流流型及其转变机理

利用高速摄像仪研究了台阶式并行微通道内液液两相流流型及其转变机理。以甘油水为分散相、含3% Span 85的环己烷为连续相,观测到了滴状-滴状流、过渡-滴状流、喷射-过渡流和喷射-喷射流4种流型;以两相流量为坐标轴绘制了流型图,并获得了流型转变线;分析了流型的转变机理。考察了分散相黏度对流型及其转变的影响机制。随着分散相黏度的增大,流型转变线整体向下移动,滴状-滴状流区域变小,喷射-喷射流区域变大。最后,运用介尺度概念分析了并行微通道内液液两相流非均匀结构的动态效应。     

不溶液-液分散在搅拌槽内的CFD模拟

液滴平均尺寸和液滴尺寸分布是描述不溶液-液分散程度的2个重要参数,决定着两相接触面积的大小,进而决定着相间的传质、传热和化学反应速率。利用CFD方法详细研究了水-油两相在搅拌槽内的分散过程,发现叶轮转速、分散相体积分数和连续相黏度对分散效果有显著影响。当两相组成一定时,增大叶轮转速和连续相黏度均有利于两相的分散。在一定范围内,液滴平均直径与叶轮转速、分散相体积分数均为对数线性关系,相关系数高达0.999。基于个数的液滴尺寸分布在不同转速和连续相黏度条件下出现了双峰分布,而基于体积的液滴尺寸分布则始终为单峰分布。     

液—液分相与乳浊釉

常用的乳浊釉就其乳浊机理而言可分为两大类。一是由于液一液分离在基质釉玻璃中分离出第二相,因两相的折射率不同导致乳浊称为分相乳浊;二是在基质釉玻璃中析出大量细小的晶体,由于晶相与玻相存在折射率差形成乳浊称为熔析乳浊。二者的乳浊效果都取决于两相的折射率差和分散相的尺寸及其在基质中的分布形态。不言而喻,分相乳浊的乳浊效果与分相的热力学、动力学及显微结构有着密切的关系。大量研究工作亦表明分相对玻璃中的析晶也有种种影响。本文旨在讨论液—液分离现象对常用乳浊釉乳浊效果的影响及如何根据分相原理和相图合理地选择釉组成,以获得良好的乳浊效果。     

微细圆管及扁平管内液-液Taylor流动特性的数值研究

微细通道内Taylor流动广泛应用于能源化工领域,为分析其相界面及阻力特性,利用相对坐标系的方法,研究了竖直圆管及扁平管内的液-液Taylor流动,讨论了通道宽高比、Reynolds数（Re）及分散相体积分数对液膜厚度和两相压降的影响。结果表明：圆管内液滴头部和尾部可以膨胀至近似球形,而扁平管内壁面的限制作用较强,液滴呈现扁平状。随Reynolds数增大,两相界面逐渐收缩,液膜厚度逐渐上升。圆管内液膜厚度比较均匀,扁平管内液膜在通道顶部较薄,而圆弧部分较厚。两相压降随Re和宽高比的增大而增大,随分散相体积分数的增大而降低。相比连续相和分散相压降,界面压降所占的比重最高,并依据模拟结果,提出了圆管及扁平管内液-液Taylor流动的压降预测公式。     

弹性搅拌桨强化液-液两相混沌混合及液滴分散特性的研究

传统的混合澄清槽一般采用刚性搅拌桨来实现液-液两相的混合萃取,普遍存在效率低、能耗高等问题。将一种弹性搅拌桨应用在混合澄清槽中,以强化液-液两相混沌混合及分散特性。以最大Lyapunov指数（LLE）和多尺度熵（MSE）表征体系混沌状态,以分散相液滴粒径分布、Sauter平均粒径（D₃₂）等表征分散效果,分别研究了桨叶类型（弹性搅拌桨、刚柔组合桨及刚性桨）、弹簧长度、线径、外径等因素对混沌混合效果和分散特性的影响。结果表明,相比较刚性搅拌桨和刚柔组合搅拌桨,弹性搅拌桨通过弹簧的形变和储能作用,强化了搅拌能量的传递方式,提高了分散相的分散效果,有利于液液两相的混沌混合,在搅拌转速N=200 r/min、弹簧线径为0.6 mm、弹簧相对长度为1.2、弹簧外径为7 mm时,弹性搅拌桨体系的LLE和MSE更大,且MSE值波动最强;同时,各搅拌体系内分散相平均粒径D₃₂与转速呈对数线性关系,弹性搅拌桨体系内分散相液滴尺寸更小且数量更多。     

振动筛板塔液-液萃取的流体力学及传质性能的研究

以煤油－苯甲酸－水为实验体系,对往复振动筛板塔（内径D＝0．041m,塔高Z＝0．895m）的流体力学及性质性能进行了研究。实验测定了分散相液滴的直径,分散相的持液量及传质单元高度并对其影响因素进行 了关联。     

液-液水力旋流器分离效率深度提升技术探讨

为解决微小粒径分散相分离效率不高,制约水力旋流器分离效率深度提升的问题,本文以液-液水力旋流器为分析对象,在总结已有理论及研究成果基础上,分别从影响旋流分离效率的关键物理因素,包括分散相在旋流场内的停留时间、分散相粒径、分散相距轴心旋转半径、分散相切向旋转速度以及旋流分离工艺系统五个方面出发,首先对已有提升旋流分离效率的水力旋流器串联工艺、分散相粒径聚结器、小直径旋流分离器及增强切向速度的动态水力旋流器等技术措施进行分析总结,并在此基础上提出了促进旋流分离效率深度提升的新型技术方案,为液-液两相以及固-液、气-液、气-液-固等多相混合介质的高效旋流分离器设计及系统优化提供一定理论及技术支撑。     

气体喷射筛板萃取塔的滞液率和气含率

以水和蒽醌法生产过氧化氢的工作液为研究物系,在内径为50 mm的筛板萃取塔内,模拟工业操作条件,研究了空气-水-蒽醌工作液三相物系的分散相滞液率和气含率. 讨论了气相、分散相和连续相流速对分散相滞液率和气含率的影响,并提出了用于预测气-液-液三相萃取系统的分散相滞液率和气含率的关联式. 结果表明,滞液率关联式的预测值与实验结果的平均相对偏差为7.3%,气含率关联式的预测值与实验结果的平均相对偏差为7.1%.     

脉冲筛板萃取塔CFD-PBM模型研究

脉冲筛板萃取塔是核工业等领域中最常用的萃取设备之一，为深入了解脉冲筛板萃取塔中两相流行为规律，使用CFD-PBM模型对脉冲筛板萃取塔中由有机相(30%TBP-正十二烷)、水相(HNO₃水溶液)组成的体系进行两相流过程模拟分析，模拟结果与实验数据吻合较好，分散相存留分数和Sauter平均液滴直径的相对偏差仅为8.28%和5.54%；随脉冲速度增加，Sauter平均液滴直径减小，液滴直径分布更均匀，分散相存留分数增加，特性速度减小；两相表观速度对液滴直径影响较小，分散相表观流速增加有利于提高分散相存留分数，而连续相表观流速影响不大；发生液泛时分散相液泛表观速度随连续相液泛表观速度增大而减小，随脉冲速度增加液泛通量先增后减，存在极值。     

同向环流萃取装置的存留分数和液泛研究

在直径0.1 m,孔径3 mm的一种同向环流萃取装置中,针对煤油-水和30%磷酸三丁酯(TBP)/煤油-水两种体系,采用体积置换法和观察法分别对分散相存留分数和液泛速度进行了研究。实验结果表明了分散相存留分数随两相表观速度的增大而增大,且分散相速度的影响大于连续相速度。得出了在这两种体系下,连续相的流量范围分别为0～29和0～34 L×h~(-1),分散相的流量范围分别为10～166和16～125 L×h~(-1)。同时,采用无因次数群法拟合出存留分数和液泛速度的经验关联式。两个经验关联式都能在实验范围内很好地对存留分数和液泛速度进行预测,为工业过程放大和工程设计提供了重要的计算依据。     

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。     

分散相细小粒子对气液传质的增强作用

综述了分散相细小粒子（包括固体和液滴）强化气液传质速率的研究进展。主要讨论粒子物理吸附（或溶解）、均相和非均相化学反应、催化反应对过程传质的影响     

搅拌槽中液-液-固三相传质的实验研究

选择欧洲化学工程师协会(EFCE)推荐的典型液-液萃取体系正丁醇-丁二酸-水,加入不同粒径的玻璃珠构成液-液-固三相传质,以去离子水为连续相,正丁醇为分散相,溶质丁二酸从分散相向连续相传质. 利用电导率法测定液-液相传质系数,并考察了搅拌转速、固体质量百分含量、不同桨型(标准Rushton桨、上推式和下推式45°六折叶涡轮桨)、桨中心平面距槽底距离以及固体颗粒粒径对相间传质的影响. 结果表明,在高转速时,惰性固体粒子的存在强化液-液体系的传质. 随着惰性固体含量增大,液-液-固三相传质有一极大值. 粒径大于100 μm 的固体粒子对液-液体系传质系数影响很小. 三种桨中Rushton桨的对流传质效果最好.     

往复板式萃取塔的分散相滞液量

通过测定往复筛板液—液萃取塔中分散相在连续相中的总滞液量x,对两个不同的物系,即煤油—水,煤油—35％(质量百分率)甘油水溶液的实验进行了研究。通过改变分散相流率V_d、连续相流率V_c、往复筛板的振幅a和开孔率φ等不同条件,观察筛板(?)复运动的振动频率f与分散相滞液量X之间的关系而得知。筛板往复运动的振动频率与分散相滞液量之间的关系存在一个过渡区,即在一定的振动频率下出现一分散相滞液量的最低值,只是在不同的条件下最低值的数值不同而已。混合澄清区和乳化区分别位于最低值的前后,这个现象很类似脉冲筛板萃取塔和转盘萃取塔的研究报道。     

汽-液-液三相垂直管内充分发展流传热性能

研究了垂直管内连续相水和分散相戊烷泡滴之间的流动和传热性能 .在全面考虑了汽体的膨胀、水蒸气的蒸发、界面张力的作用、汽液两相的相互作用和滑移、泡滴的破碎等影响因素的基础上 ,建立了与实验结果吻合较好的一维流体力学模型和传热模型     

液液两相混合中液滴的凝并频率

液液两相混合中液滴的凝并频率的直接观察和建模都存在一些困难 .由此建立了一种喷雾 -搅拌两相混合器 ,获取液滴分布的即时值 .因为液滴很小时破裂频率可以忽略 ,影响液滴分布的只有凝并频率 ,可以从液滴的分布获得液滴的凝并频率 .验证了液滴的自我维持性质并利用反问题的方法求取液滴的凝并频率 ,与从理论推导的液滴凝并频率比较 ,判断该方法的优势之处