受热降膜Marangoni效应临界状态表征

采用红外热成像技术,研究了水和Na2SO4水溶液受热降膜的Marangoni效应及对降膜流动的影响。发现在降膜的流向和径向都存在热Marangoni效应,但Marangoni数却不能较好地表征Marangoni效应对液膜流动的影响程度。因而引入Marangoni效应影响因子ε。结果表明,ε能较好地表征Marangoni效应对液膜流动的影响程度,且不同溶液受热降膜存在一个近似相同的临界值(εLc)。当εLεLc,降膜流向热Marangoni效应将引起降膜明显的扰动。根据εLc值,可获得临界Marangoni数MaTc,L。     

Marangoni效应与降膜传递过程

M arangon i效应在降膜传热、传质过程中广泛存在,并对这些过程有着显著影响。人们对M arangon i效应进行过大量的理论和实验研究。初步总结了近年来关于M arangon i效应的研究工作,并对其中的热点问题进行分析,进而展望了未来关于M arangon i效应的研究趋势。     

Marangoni效应对降膜加热流动的影响

采用红外热像仪和智能化薄膜厚度测试仪研究了垂直板上受热降膜的流动特性, 得到液膜表面温度分布、液膜宽度、液膜厚度、局部液膜厚度随时间变化关系等参数 通过对这些参数的分析,可知降膜加热流动时,液膜表面出现轴向和径向的温度梯度,由此产生的表面张力梯度引起Marangoni效应对降膜流动有着很大的影响降膜加热流动过程中,Marangoni 效应使液膜产生较大的收缩,膜厚增加,表面波动加强.     

降膜传质过程Marangoni效应稳定性分析

通过建立降膜流动传质模型，并考虑液相流动及非线性浓度分布的影响，利用线性微扰理论得到了降膜流动传质过程Marangoni效应发生的理论临界条件.用所建立的降膜流动传质实验装置得出实测传质系数的变化，由此获得Marangoni效应发生的实测临界条件，实测值与理论值基本符合，从而为工业上常见的降膜流动传质过程中Marangoni现象的预测和利用提供了理论依据.     

红外热像法研究降膜流动

采用高精度红外热成像技术研究固体平壁上加热和冷却液膜流动性能,比较了不同加热强度下液膜表面的温度场特征以及加热温差对固壁上液体分布的影响。传递过程中,界面上浓度和温度变化引起的表面张力梯度,驱使低界面张力处的液体流向高界面张力处（Marangoni效应）,从而造成了液体特殊的流动现象与分布特征。在受热/冷却降膜过程中,由于流速和传热的差异,液膜表面存在一定的温度梯度。横向的温度梯度远大于流动方向的温度梯度,引起的Marangoni效应会造成受热液膜收缩和冷却液膜扩展,从而明显地影响液膜的相界面积及其传递性能。     

液体降膜中Marangoni效应的研究进展

降膜过程中的Marangoni效应是当前流体传递过程与非线性理论研究领域中的热点,对产品质量具有重要影响。回顾了近几年国内外关于Marangoni效应的最新研究进展,重点介绍了有关热Marangoni效应的实验及理论研究成果,并进行了比较和分析。结果发现,Marangoni效应与体系温度和浓度变化等有关,并会影响降膜稳定性。同时,针对目前研究中存在的一些不足,提出了今后研究工作的一些建议。     

固体平壁上受热降膜分布模型

在降膜受热流动过程中,由于液膜边缘与膜中央之间存在速度差异,造成液膜横向温度分布不均,由此在液膜横向产生了表面张力梯度, 即引起了自液膜边缘向液膜中央的Marangoni流动,从而使得液膜收缩变形. Marangoni流动引起的收缩效应与液体润湿性及流动压力的扩展效应相互作用, 在液膜边缘形成了凸起区. 根据液膜边缘凸起区内的受力平衡和物料平衡关系,同时考虑温度引起的表面张力梯度对液膜流动的影响,建立了受热降膜收缩模型. 此模型显示, 较低的壁温、较小的固液接触角以及较大的液体流量有利于液膜在加热固体壁面上的扩展. 通过与实验数据的对比显示,该模型较准确地预测了受热液膜下落初始过程中的液膜分布, 能够为传质传热过程及其设备的优化设计提供理论依据.     

Marangoni效应与汽液传质过程

介绍Marangoni效应对液体混合物流型的影响,同时指出其影响传质过程的机理。在概述国内外这一领域的研究动态和进展的基础上,提出了在Marangoni效应作用下传质过程的控制与操作以及设计和开发新传质元件的思路与策略。     

γ-氨基丁酸溶液降膜传热过程流动特性研究

本课题组借助高分辨率红外热像仪,研究了γ-氨基丁酸（GABA）水溶液在不同温度和流速条件下的降膜流动过程中,Marangoni效应对其流动和传热的影响。实验发现,受热降膜流动过程中液膜存在明显的收缩现象,横向热Marangoni效应显著,在相同的进料温度下,加热温度越高,液膜收缩越明显。同时由于降膜表面更新加快,GABA溶液降膜流动时的溶剂蒸发速度较常规加热方式大大提高。以上结果对于GABA的提浓、富集具有重要意义。     

伴有Marangoni效应的传质动力学

结合Marangoni对流的流体动力学条件，通过建立的半经验模型研究了伴有Marangoni效应的传质动力学，阐述了Marangoni效应增强传质的机理，得到了传质Sherwood数与Marangoni数之间的连续指数关联，从而得以解释不同实验过程中得到的不同Sherwood数与Marangoni数之间的关系.研究表明，由Marangoni效应而增强的传质系数与界面Marangoni湍动的表现形式有关.     

多相传质过程中的Marangoni效应

Marangoni效应广泛存在于液液、气液相际传质过程中,通常会对传质速率产生重要影响。对Marangoni效应的实验及理论研究有助于增进对微观传质机理的理解,是强化相间传质过程效率的重要因素。重点介绍了液液体系中单液滴萃取的实验和模拟研究,对液液体系中Marangoni效应不稳定性的判据,对气液体系有效传质面积的影响,以及两种体系中利用表面活性剂进行传质调控的研究等方面的进展进行了综述,还探讨了传质过程中Marangoni效应应用研究的方向。     

两液层体系传质引发的Marangoni效应的数值模拟

The Marangoni effect induced by mass transfer at the interface between two immiscible liquids displays important influence on laboratory and industrial operation of solvent extraction. A systematic numerical study of the two-dimensional Marangoni effect in a two liquid layer system was conducted. The linear relationship of the inter- facial tension versus the solute concentration was incorporated into a mathematical model accounting for liquid flow and mass transfer in both phases. The typical cases analyzed by Sternling ＆ Scriven （AIChE J., 1959） using the linear instability theory were simulated bv the finite difference method and good agreement between the theory and the numerical simulation was observed. The simulation suggests that the Marangoni convection needs certain time to develop sufficiently in strength and scale to enhance the interphase mass transfer, the Marangoni effect is dynamic and transient, and remains at some stabilized level as long as the mass transfer driving force is kept con- stant. When certain level of shear is imposed at the interface as in most cases of practical significance, the Maran- goni effect is suppressed slightly but progressively as the shear is increased gradually. The present two-dimensional simulation of the Marangoni effect provides some insight into the underlying mechanism and also the basis for further theoretical study of the three-dimensional Marangoni effect in the real world and in chemical engineering applications.     

Experimental investigation and numerical simulation of Marangoni effect induced by mass transfer during drop formation

Marangoni effect induced by interphase mass transfer plays an important role in liquid–liquid extraction and reaction processes. The interaction of Marangoni effect and interphase mass transfer during drop formation at different injection rates and different initial solute concentrations was investigated by experimental and numerical simulation. The extraction fraction was measured and the corresponding correlation was proposed. The level‐set method coupled with mass‐transfer equation is for the first time used to simulate the mass‐transfer induced Marangoni effect during drop formation. The simulated drop volume, shape, and extraction fraction are in good accordance with experimental data. Through the numerical simulation, it is found that the mass transfer in the first mass‐transfer period is the most efficient during drop formation when Marangoni convection occurs. © 2013 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 59: 4424–4439, 2013     

木质素悬浮液管式降膜蒸发传热研究

管式降膜蒸发器由于具有传热系数高、传热温差小等优点,已应用于多个工业领域,对管式降膜蒸发器的研究也成为近年来传热技术领域的一项重要课题.文中设计了一套管式降膜蒸发装置,以木质素悬浮液为工质,对影响降膜蒸发传热的因素进行了实验研究,通过冷膜实验测试了所设计的筛板分布器的性能,得出筛板分布器能较好地使物料在换热管内壁上成膜...