错流碟片旋转超重力场中液膜体积分率的实验研究

错流碟片旋转填充床反应器可有效脱除燃煤烟道气中的二氧化碳和其它有害成分,但液体分布状态对反应速率有很大影响,研究液膜的体积分率可为该类型反应器的设计提供有效的依据参数;实验研究了碟片转速、液体流量、气体流量、碟片间距和碟片开孔率与液膜体积分率的关系,用每张碟片底部对应液体收集器储存并测量碟片表面液膜的体积流量,用高速摄像机记录不同条件下液膜的存在状态和变化规律.研究表明随碟片转速增加液膜分率降低,增强的离心力促使液膜破裂,但液滴的甩出速率增加,促使液滴二次聚并,有不连续液丝产生.增大入口液体流量,液膜分率减小,液膜厚度变化缓慢,空间液滴增大.增大气体流量,液膜分率减小,厚度变薄,碟片表面附着液膜被吹散,促使液体雾化.液膜分率随碟片间距增加减小,提高碟片间距可有效减少液滴二次聚并;碟片开孔率增大液膜分率减小,提高碟片开孔率可有效降低碟片表面液膜的连续性,促使液膜分裂.     

错流型超重力旋转填料床中液滴的运动模型

首次从气体的流场、液滴的碰合出发,用液滴粒径-位置联合分布模型描述了液滴群运动的特征,提出了错流型超重力旋转填料床中液滴的运动模型.采用四阶Runge-Kutta法计算,模型计算值与实测值吻合良好.     

错流同心圆环旋转床的气相压降

在转速为865～1 300 r/min、液体体积流量为0～1600 L/h的情况下,以空气-水为体系,在直径为400 mm的错流同心圆环旋转床内,对其气相压降进行分段模型化和实验研究,并得到了压力降与操作工况的关联式.该关联式的计算值与实测值比较吻合.实验结果表明,错流同心圆环旋转床的湿床压降比干床压降大,气相总压降随气量和转速增大而明显增加,但随液量增大而缓慢增加.     

碟片旋转床流体力学实验研究

对同心环波纹碟片填料旋转床在气液两相沿径向逆流条件下的流体力学特性做了实验测量,并对板间距的影响做了研究。实验结果表明,碟片填料的气相阻力在相同操作条件下比文献报道的金属丝网多孔介质填料减少４０％以上。     

碟片填料旋转床气阻与气液传质实验研究

实验测量了超重力旋转床气液传质反应器在采用同心环波纹碟片填料的时的气相压降和气液传质特性,对不同转速,气流量,液流量条件下的气相阻力与气液传质性能进行了实验研究和分析,结果表明干床的气相压降是相同状态下采用金属丝网填料的气相压降的６０％左右。     

错流旋转填料床气相压降特性研究

旋转床的气相压降是旋转床工程设计的一项重要指标。笔者利用空气,水系统对错流旋转填料床的气相压降进行实验研究。结果表明：在实验范围内,错流旋转床压降是逆流旋转床的十分之一;对错流旋转床压降影响较大的是转速和气量,与液流量几乎无关。     

错流旋转填料床气相压降特性

旋转填料床的气相压降是旋转填料床应用和设计的一项重要指标。在气液两相错流流动条件下,利用空气-水系统对错流旋转填充床的气相压降进行分段模型化和实验研究。按照错流旋转填料床气体流动的路径将气相压降分为进口压降、填料层压降、集气段旋转动能转化压降和出气段压降。推导出压降与操作工况的关联式,其计算值与实测值吻合较好。实验表明错流旋转填料床的气相总压降与气体流量、旋转床转速、液体流量有关。在高转速和小气量的条件下,气相压降随气量增大先下降后上升;其他情况随气量增大而上升。错流旋转填料床气相压降随转速上升而下降,在小气量情况下转速对气相压降有明显影响。气相压降随进液量的增大而增大,当旋转填料床在低转速时进液量对气相压降有明显影响。     

错流旋转填料床气相压降的研究

利用空气-水系统对错流旋转填料床的气相压降进行了实验研究。采用因次分析的方法推导出错流旋转填料床气相压降的无因次关联式。结果表明,错流旋转填料床欧拉准数在旋转填料床转速与气速之比(旋流比)小于30时,欧拉准数随旋流比的增大反而减小;当旋流比大于30时,欧拉准数随旋流比的增大而增大。旋流比小于30时欧拉准数与填料层轴向厚度的0.9次方成正比,旋流比大于30时欧拉准数与填料层轴向厚度的0.5次方成正比。湿床旋流比小于30时,欧拉准数随进液量的增大而上升;旋流比大于30时,欧拉准数随进液量的增大而下降。     

多孔波纹板错流旋转床流体力学性能研究

以空气-水为介质,研究了两种板间距填料结构的流体力学性能。结果表明：多孔板错流旋转床气相压降随填料板数、气量、超重力因子的增加而增大,与液量几乎无关;在相近操作条件下该床压降不足逆流床的1／10;应用MATLAB语言编制应用程序对实验数据的回归分析得出了气相压降的关联式。     

超重力旋转床中的传质研究

超重力旋转床是８０年代出现的新型传质设备，该设备利用远大于重力的离心力，极大地强化了气液或液固间的接触，增强了传质效果。在相同的传质条件下，与重力场中的设备相比，该设备的体积小、操作强度大、体积传质系数ＫＬα大，可广泛适用于各种气液传质，也适用于液固传质。理论研究由传统的重力作用下的传质发展到超重力场作用下的传质。本文对近年来关于超重力旋转床中的薄膜厚度、比表面积、传质系数等的研究结果作了综述、分     

Effect of liquid bridge evolution on the droplet non-coalescence under a DC electric field

The droplet non-coalescence characteristics and mechanism under a DC electric field are investigated by comprehensively using high-speed microscopic experiments, molecular dynamics simulations, and interface dynamics simulations. The researches show whether two droplets coalesce or not depends on the evolution of liquid bridge. The liquid bridge evolution is not only dominated by the electric force F_E and the capillary force F_i, but also slowed down by the viscous force. The relative strength of F_E and capillary force F_i relies on the electric capillary number Ca and the maximum liquid bridge radius R*_max. The droplet non-coalescence is more likely to happen as the Ca increases or the R*_max decreases. Furthermore, the critical value Ca_c for droplet non-coalescence reduces as the R*_max decreases. The ion transportation causes uneven distribution of ions and thus strengthens the F_E, resulting in the non-coalescence. These results provide significant guidance for efficient demulsification of water-in-oil emulsion.     

Size distribution of droplets above a rotating stream tray and model of droplet motion therein

Droplet size distributions have been investigated with a two-probe system above a rotatingstream tray of 300 mm diameter.The measured distributions are found to follow the upper limitedlognormal distribution with three parameters dependent primarily on gas hole F-factor.A probabilitymethod is used to describe the initial state of the droplet population above the tray,and a model fordroplet motion is presented.The results computed with model agree well with experimental data.     

电场作用下基面液滴蒸发与内部流动数值模拟

为探究电场强化基面液滴蒸发的原理,本文采用有限元方法,对外加电场作用下的固体基面上液滴的蒸发过程进行了数值模拟,对比了不同电导率液滴的蒸发过程,分析了电场、液滴蒸发速率和内部流动的影响及其成因,以及液滴在电场作用下的内部流动与液滴传热传质的关系,结果表明,电场力的作用能够显著强化液滴内部的流动,对液滴的传热传质具有促进作用。此外,本文分析了温度对电场下基面液滴蒸发及内部流动的影响,发现温度对电场、液滴内部流动及蒸发的强化作用也有着较为明显的影响：对于电导率较低的纯水液滴,当电场强度低于和高于临界值6kV/cm时,温度对电场强化液滴内部流动和蒸发的影响有所不同;对于电导率较高的盐酸液滴,温度对电场强化液滴内部流动和蒸发的影响随电场强度升高均较大。本文为发展高效静电喷雾冷却技术提供了研究基础。     

Direct measurement of droplet breakage in a pulsed disc and doughnut column

The lack of experimental data for the droplet breakup has been one of the limitations for the application of population balance model (PBM). In this work, a high‐speed camera was used to directly measure the droplet breakup frequency and daughter size distribution in a pulsed disc and doughnut column. It was found from the captured video that multiple breakup events were more frequently observed than binary breakup. The multiple breakup was treated as an original breakup and several intermediate breakups to characterize the process quantitatively. The effects of pulsation intensity, dispersed phase flow rates, and the spatial locations were investigated in detail. Empirical correlations were finally established for both the breakup frequency function and the daughter droplet size distribution function and fitted well with the experimental data. The correlation equations were then used in a simplified PBM to calculate the droplet number density, which further proved the feasibility of the correlations. © 2017 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 63: 4188–4200, 2017     

重力场中水平纤维悬垂液滴形状的模型研究

通过搭建可视化试验台观测了重力场中水平金属纤维表面的液滴形状,并测量了液滴形状参数,包括液滴直径、高度、接触角、接触线宽度和接触线高度。通过拟合参数关联式,求解了液滴固-液界面子模型和气-液界面子模型的描述方程,开发了一种椭球形的纤维液滴形状模型。液滴模型的轮廓预测结果和观测试验得到的液滴图像吻合度较好,可以在±10%的误差范围内描述98%的试验结果,平均偏差为4.6%。     

声场作用下含盐液滴冻结过程及组分迁移特性的研究

为了揭示超声波辅助冻结的内部作用机理,明确声场作用下相变冻结过程中的热质传递规律及组分迁移特性,根据声场理论分析了超声波的空化作用和热效应,并在冻结过程能质守恒的基础上建立了超声波作用下液滴相变冻结及盐分迁移数学模型,研究了超声波对液滴冻结过程中气泡状态和液滴温度的影响,分析了不同盐浓度下液滴冻结过程中固液界面、溶液比例、盐度及盐水残余率的变化规律。结果表明,超声波空化作用强化了界面处的热质传递,液滴温度下降较快,有利于液滴的冻结;液滴盐浓度越高,凝固界面的移动越慢,液滴直径为2 mm时,盐浓度5wt%时达到冻结点的时间为15 s,盐浓度8wt%时达到冻结点的时间为20 s;超声波作用下盐浓度越低,冻结过程中盐分迁移变化越剧烈。     

Plate wettability and droplet diameter in a pulsed perforated-plate extraction column

The liquid-liquid-plate contact angles of several plate materials were measured using a “preferential wetting method” proposed by the authors. The adhesional work (I_SL), calculated on the basis of contact angles was utilized to evaluate plate wettability. The experimental results indicate that different plate materials affect differently plate wettability. The plate wettability of stainless steel in an aqueous phase was observed to be different from that in an organic phase. The droplet diameter in the mixer-settler region of operation of a pulsed perforated-plate extraction column using several different plate materials, was measured. An empirical correlation of mean droplet diameter: d_p = 0.222(a_f/l_SL^1/3)^?0.13 is proposed except for alumina plates with dispersed aqueous phase operation.     

电场作用下液滴分裂动力学行为的格子Boltzmann模拟

采用格子Boltzmann方法（LBM）伪势模型,耦合流场和电场控制方程,研究了电场作用下油水共存体系中水滴分裂的动力学行为及特性,借助形变率衡量液滴的形变大小,展现了液滴从形变至分裂的动态演变过程,分析了外加电场大小和液滴内外介电常数比对液滴分裂行为的影响。结果表明：外加电场能促使液滴发生振荡形变,且存在临界电毛细数和临界介电常数比决定液滴是否发生分裂：高于临界值,液滴形变率振荡幅度随时间不断增长,最终发生分裂;低于临界值,则液滴形变率振荡幅度不断衰减,并最终趋于一稳定值。在此基础上,综合考虑电场强度与介电常数比的影响,提出了基于现有电毛细数的修正电毛细数唯一地表征电场作用下液滴分裂与否。     

超声场中鼓泡塔内气泡直径分布特征研究

利用自主研发的超声鼓泡塔和双电导探针气泡特征参数测量仪测定了不同频率组合下超声场辐射对鼓泡塔内气泡Sauter直径随表观气速和鼓泡塔径向及轴向位置的分布情况。实验结果表明,在距气体分布板轴向距离250 mm、塔中心处气泡Sauter直径由于超声作用而显著减小,最大减幅达55%;在超声场作用下随着表观气速增大,气泡Sauter直径呈增大趋势,当表观气速大于0.06 m/s时,气泡Sauter直径趋于不变;大气泡在塔中心区域聚集倾向明显,小气泡分布在塔壁面附近,气泡Sauter直径(在径向位置)呈现中心峰分布趋势;随着距气体分布板轴向距离增加,气泡Sauter直径增大,在多频混响声场中,气泡Sauter直径增速小于单频声场中增速,即在多频混响超声场中易形成小气泡。实验结果证实,超声场有利于减小气泡体积,增大气泡比表面积,这对于加强气液相间传质、提高传质效果会有显著作用。