界面传质中Rayleigh对流的定量分析

通过纹影光路观察了特定气液传质装置中乙醇吸收CO₂过程所引发的Rayleigh对流在垂直界面方向上的发展过程。随着溶质吸收的进行,液层的流体稳定性变弱,扰动加剧气液界面失稳并发生湍动,进而发展为羽状流并逐步向液相主体发展,在此过程中伴随着对流胞的融合与增长。液层的浓度分布可通过对相应液层纹影图像进行定量分析获得。液层浓度分布和瞬时传质系数变化表征了Rayleigh对流的引发与发展及其对传质过程的强化效果,界面浓度分布及临界Rayleigh数解释了非均匀传质对湍动的引发机理。羽状流将高浓度液体快速带入主体,加速了近界面液层与主体液层的混合,增强了气液传质。     

气液界面Marangoni效应对传质系数的影响

在气液相际传质过程中,界面Marangoni湍动会对传质过程产生重要的影响,为此,建立了一套气液接触传质设备,以使得通过N2与异丙醇稀溶液逆流接触将液体中使表面张力降低的溶质解吸出来,从而引发Marangoni湍动,提高传质速率。发生Marangoni对流时,液相的传质系数比只依靠扩散传质而不考虑Marangoni效应时大,因此引出增强因子F这一概念,通过计算F的值即可判断Marangoni效应对传质速率影响的程度。提出了一个包括Marangoni准数的计算传质系数关联式,其计算结果与实验结果相符．     

湍球塔气液相界面结构及传质面积

湍球塔因其防堵塞、强湍动、传质面积大等特点,可作为烟气氨法脱碳后用磷石膏浆料净化尾气微量氨的气液传质设备。本文基于湍球塔液滴团聚分散理论研究了液滴和液膜形成的气液相界面结构,并得到气液传质面积的数学模型。在磷石膏浆料吸收氨法脱碳尾气微量氨的湍球塔实验装置中,在气体Re_g157~475、液气比1~6范围内进行实验研究,从实验数据回归得到的气液传质面积与理论计算值吻合。结果表明,湍球塔气液传质面积以团聚分散的液滴为主,湍球表面积占比不足25%。     

CO2在纳米流体解吸过程中的微对流现象

建立了一套水平气液界面传质模拟装置,利用粒子成像测速仪（PIV）对CO2从乙醇和乙醇纳米流体中解吸过程液相流场进行了观测和分析。传质发生时,在近界面处均观察到了由Marangoni效应造成的湍动。通过对平均速度的分析,发现在乙醇纳米流体中发生的湍动强度和湍动范围较乙醇溶液中大。纳米流体中的Marangoni效应加剧了纳米粒子的布朗运动,引发了纳米流体中的微对流,从而将界面处的湍动传递至液相主体中,导致液相主体的漩涡增多、流体混合加剧,促进了气液传质。     

界面传质中Rayleigh对流的定量分析

通过纹影光路观察了特定气液传质装置中乙醇吸收CO2过程所引发的Rayleigh对流在垂直界面方向上的发展过程。随着溶质吸收的进行,液层的流体稳定性变弱,扰动加剧气液界面失稳并发生湍动,进而发展为羽状流并逐步向液相主体发展,在此过程中伴随着对流胞的融合与增长。液层的浓度分布可通过对相应液层纹影图像进行定量分析获得。液层浓度分布和瞬时传质系数变化表征了Rayleigh对流的引发与发展及其对传质过程的强化效果,界面浓度分布及临界Rayleigh数解释了非均匀传质对湍动的引发机理。羽状流将高浓度液体快速带入主体,加速了近界面液层与主体液层的混合,增强了气液传质。     

一种撞击式烟气净化器气液传质特性的冷模研究

本研究提出了一种撞击式烟气净化器。为了研究净化器喷淋-撞击区的气液传质特性,实验采用溶氧法、电导探针法分别考察了不同操作条件下喷淋-撞击区的体积传质系数、液含率。根据操作气液量和实验现象建立了喷淋-撞击区的负荷性能图,将操作区域划分为清液区、湍动-弹溅区、不稳定区。实验结果表明:操作区域位于湍动-弹溅区时,表观液速越大,液含率越高。当操作区域由清液区进入到湍动-弹溅区时,体积传质系数急剧增大,对压降、传质系数和操作稳定性等进行权衡可得,湍动-弹溅区为适宜的操作区域。撞击式净化器与无内构件喷淋塔相比,撞击式净化器可以显著提高传质效果。     

气相中乙醇对水吸收CO_2过程界面对流的影响

考察了在气相中加入少量乙醇对水吸收CO2过程中液相界面对流的影响。采用粒子成像测速仪(PIV)测定了这一气体吸收过程中液体瞬时流场。通过对液体流场信息进行处理,得到了不同条件下速度和湍动能的数据及其分布;根据流场内速度和湍动能及其分布结构,定量分析了气相中加入乙醇对气液传质过程界面对流的影响,发现气相中乙醇的加入导致了局部Marangoni效应,很大程度上增大了界面附近的对流,为促进气液传质提供了依据。     

气液界面对流传质的观测与定量分析

采用光学纹影系统对乙醇和水双组分解吸传质过程的对流结构的界面湍动进行了定性观察和定量分析。建立了一套水平非稳态气液传质设备,试验观测了乙醇和水体系中液相组分向气相传质过程的Marangoni界面对流结构。还通过对传统纹影方法的改进,对乙醇解吸传质过程的浓度(本文用质量分数表示)梯度场进行了定量测量。定量分析表明乙醇和水系统解吸过程中,引发界面湍动的原因是局部较大的表面张力梯度。定量分析的结果很好的解释了伴随Marangoni效应的传质过程的混乱的对流结构,为进一步对界面湍动现象的分析提供了帮助。     

有机物水溶液解吸的界面湍动现象的观察与分析

通过纹影光路,捕捉到低表面张力溶质从水中解吸导致的气液界面失稳过程及后续的对流结构图像.乙醇、异丙醇和丙酮水溶液中的现象相似:传质开始进行时,界面出现一个迅速变大的湍动区,湍动区扩张的同时,其边缘区域产生很多圆形的小胞,这些小胞逐渐演化成多边形,短暂的界面失稳过程之后,界面对流结构逐步发展为环形;但在乙酸乙酯体系中,界面对流结构一直都是团状的,而且湍动强度更为剧烈.结果表明,界面对流结构特点和剧烈程度取决于实验条件和体系的物理性质.     

表面活性剂对气液传质的影响

引言在气液相际传质的研究中,有许多有关表面活性剂能降低传质膜系数的报道．Davies在其《湍动现象》一书中做了较为详细的讨论,Davies认为,少量的表面活性剂使界面产生一层附加的薄膜,这层薄膜产生的应力将阻碍表面运动．实际上,气液相际传质通常总是伴有或强或弱的界面湍动,表面活性剂不仅改变界面湍动状况,而且对近界面浓度也有较大的影响．本文利用显微激光全息干涉技术对比进行了研究．1实验1.1装置液体折射率与密度有关,只要测出物场中的折射率变化,就可得到其浓度场的信息．利用激光全息干涉技术不仅可以测定浓度场的变化…     

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.     

Simulation of interfacial Marangoni convection in gas-liquid mass transfer by lattice Boltzmann method

Interfacial Marangoni convection has significant effect on gas-liquid and/or liquid-liquid mass transfer processes. In this paper, an approach based on lattice Boltzmann method is established and two perturbation models, fixed perturbation model and self-renewable interface model, are proposed for the simulation of interfacial Marangoni convection in gas-liquid mass transfer process. The simulation results show that the concentration contours are well consistent with the typical roll cell convection patterns obtained experimentally in previous studies.     

环丁砜芳烃抽提体系界面性质的研究

采用悬滴张力仪和计算机图象采集系统研究了环丁砜芳烃抽提体系的界面性质及其对传质的影响。结果表明：在存在传质的条件下，相界面存在强烈的Marangoni现象。界面张力随芳烃浓度的增加而减小，但苯、甲苯和对二甲苯等组分的变化幅度不同。非平衡液的界面张力与组分所在的相及传递方向有关，平衡液的界面张力则与芳烃初始所在的相无关。实验还表明，非平衡液产生界面扰动所需的浓度与芳烃的分配系数(即Marangini数Ma)有关。传质推动力越大，Ma越大，界面扰动的程度也越剧烈。     

气液传质界面湍动现象投影观察

In gas-liquid mass transfer processes,interfacial turbulence may occur due to the surface tension gradient and the density gradient produced by mass transfer near the interface.The interfacial turbulence can enhance the mass transfer since it intensifies the movement of interfacial fluid.By means of the shadowgraph optical method,the interfacial turbulence patterns vertical to the interface were observed directly in the volatilization process of binary systems.The images of the amplified interfacial turbulence showed the variation of concentration and the fluid movement under the interface.Two patterns of interfacial turbulence were observed in the experiments：plume and vortex.With the plume,the interfacial fluid moved slowly and penetrated the liquid deeply.With the vortex,the interfacial turbulence occurred in the vicinity of the liquid interface and the fluid moves quite fast.A qualitative analysis was carried out based on the mechanism of Rayleigh-Bénard convection induced by density gradient and Marangoni convection induced by surface tension gradient.     

气液传质过程中Marangoni对流的观测与定量分析

建立了一套气液传质装置和一套纹影系统对乙醇解吸CO₂过程中产生的Marangoni对流结构进行垂直界面方向上的观察,发现解吸过程中近界面处出现均匀分布的旋涡状的对流结构,并随时间聚合发展变大。此外还利用定量纹影法考察了传质过程中的浓度分布和界面张力梯度等信息。定量的结果表明较大的界面张力梯度位于对流胞型的边缘和中心处,驱动着界面流体的运动,并耦合浮力效应,形成了近界面环流的运动形式。这种环流运动造成了对流胞型边缘浓度较大、内部浓度小的分布,促进了相界面流体微元的更新,加强了传质过程。     

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。