错排降膜阵列气液交叉流界面捕集PM2.5的传质类比模型

根据气溶胶颗粒拟流体性质提出了气液交叉流界面捕集PM2.5的传质类比模型.分析了颗粒Schmidt数及其指数m对气溶胶流体传热传质类比的影响机理.以常用的横掠错排管束对流传热Nu方程为基础,导出了横掠错排降膜阵列PM2.5传质Sherwood数方程,由此建立了以m为模型参数的PM2.5捕集效率预测模型.用横掠20列×90排ø3 mm降膜阵列PM2.5捕集效率实测数据回归获得m值为0.808.在Reynolds数50～650的范围内,模型预测传质Sh与实测值误差在±20%之内.     

气液交叉流阵列PM2.5热泳和扩散泳拟传质模型

基于气溶胶中PM2.5微细颗粒物拟流体特性,对气液交叉流阵列中PM2.5在气溶胶流体传热传质边界层内热泳和扩散泳运动进行拟传质机理分析,与跟随气体的对流传质相叠加,建立了气液交叉流阵列PM2.5热泳和扩散泳拟传质模型,并进行了实验检验。实验在固定对流条件下,考察了不同气液相温度差导致的热泳、不同气相湿度差导致的扩散泳和颗粒粒径等因素对气液交叉流阵列PM2.5拟传质系数的影响。实验数据统计值与模型表达趋势一致,在初始温差40℃、初始湿度0.118 kg/kg条件下,100排气液交叉流阵列PM2.5拟传质系数模型预测值为3.33×10~(-3)m/s、实验值为3.75×10~(-3)m/s。     

尾气湿含量对气液交叉流阵列捕集PM2.5的影响

针对过程工业尾气中PM2.5治理难题,提出以废水-废气构建的气液交叉流降膜阵列系统,利用工业尾气冷凝组分冷凝捕集尾气中PM2.5。基于质量衡算和传质速率方程,得到以尾气湿含量为控制参数的气液交叉流PM2.5捕集效率模型。理论结果表明,进口尾气湿含量从0.28kg/kg增加到0.52kg/kg,单排降膜阵列PM2.5捕集效率从0.64%增加到1.26%。湿含量为0.52kg/kg时,预测182排降膜阵列组成长度为819mm的分离通道整体分离效率可达到90%。通过20列×90排降膜阵列进行实验验证,表明理论与实验结果基本一致。     

横掠液柱流的微粒运动机理及PM2.5捕获(Ⅱ) 重型柴油机尾气PM2.5捕获效率

根据（Ⅰ）报提出的液柱交叉流PM_2.5颗粒附面运动与吸收机理及模型计算方法,设计了以钻井废水吸收钻井柴油机尾气PM_2.5的液柱交叉流吸收现场试验装置。吸收器具有高温绝热蒸发与低温绝热冷凝两个操作空间,柴油机尾气通过绝热蒸发空间降温增湿,携带水蒸气到绝热冷凝空间通过扩散在液柱表面冷凝,形成热泳和扩散双重强化PM_2.5吸收分离机制。模型计算显示该机制下0.01～1.0 μm范围内颗粒粒径与分离效率关系不显著,设计工况下单液柱分离效率1.17%～1.36%。由200排三角形布置的液柱构成的吸收器总体分离效率90%～93%。该过程可同时蒸发废水461.2 kg·h^-1。但颗粒分离效率随蒸发负荷及液柱温度的上升而降低,温升10℃、单液柱分离效率降低60%。现场模型试验装置监测数据与本文模型计算总分离效率基本接近。     

温差对气液交叉流PM2.5去除效率影响

针对过程工业尾气PM2.5污染问题,提出以废气废水构建交叉流界面,利用高温工业废气与低温废水之间形成温差发生传热捕集尾气中PM2.5。研究含PM2.5高温工业废气横掠错排降膜阵列的传热传质,分析气液温差对PM2.5去除效率的影响,理论推导PM2.5去除效率表达式,结果表明PM2.5去除效率随气液温差增加而增大。对直径3mm的降膜阵列,气体Reynolds数为140的实例计算显示,气液温差由20oC增加至80oC时,单排降膜阵列PM2.5去除效率由0.33%提高至0.66%,200排降膜阵列去除效率由48.5%提高至73.2%,由350排液柱群组成的分离通道整体去除效率可达到90%。对高温工业尾气横掠降膜阵列进行实验验证,理论分析与实验结果吻合良好。     

气液交叉流PM2.5捕集系统结构及降膜流动实验研究

利用工业废气废水自身的低位余能及热力学势差,构建内源性推动力场与吸收面共生的以废治废分离机制,发展一种废气横掠废水液柱流的气液交叉流阵列,为提高纤维绳壁面降膜的均匀性和稳定性,提出一种新型的布膜装置。在实验的基础上探讨了液体在纤维绳外壁降膜的流动特性,分析影响液体管外成膜均匀性和稳定性的影响因素,提出液体成膜的最佳环隙间距应控制在0.8 mm,液体流量应控制在35.2~195.7m L/min。     

横掠液柱流的微粒运动机理及PM2.5捕获(Ⅰ)附面运动轨迹与分离半径

提出了横掠液柱流的速度场和温度场推动PM_2.5微粒附面运动机理,建立了微粒附面运动微分方程和数值积分反演方法,计算粒子运动轨迹并预测可吸收的微粒运动最大分离半径。定义最大分离半径与液柱表面之间附面层的厚度为分离厚度,以气溶胶流体通过该区域的体积流量与横掠单液柱的总体积流量之比代表单液柱吸收效率;热泳推动力是强化吸收效率的主要因素。基于单液柱吸收效率,按串联模型导出规则排列的液柱群整体分离效率计算公式,依据液柱交叉流几何结构、流体流动和气液两相传热传质参数即可确定整体分离效率。对交叉流Reynolds数为170的实例计算显示,直径4 mm的单液柱吸收效率为1.18%,由195排液柱群组成的长度为1170 mm的分离通道整体分离效率达到90%。     

气液交叉流自增湿促进PM2.5颗粒长大模型

研究气液交叉流阵列内传热传质自增湿形成过饱和条件下水蒸汽在PM_(2.5)颗粒表面经历异质核化凝结长大的机理,并建立颗粒长大计算模型,逐排计算,确定颗粒粒径变化量。模型分析与计算结果解释了自增湿由强到弱的阵列条件下,实验检测到的PM_(2.5)颗粒粒径增长速度先增大后减小的规律。在气体温度T_(in)=41.2℃,饱和度S_R=0.85,横掠温度T_w=5℃的一个单元(100排)降膜交叉阵列实验条件下,最大可达5.5μm/s的增长速度,且模型预测颗粒长大后粒径分布与实验结果吻合较好。     

降膜阵列脱除工业尾气PM2.5效率研究

提出一种低压降、大通量、高效率降膜阵列式,利用废水废气交叉流界面脱除工业尾气中PM2.5技术。以含Al2O3粉末的气溶胶流体模拟工业尾气横掠20列×90排直径3mm的降膜阵列进行实验,结果表明降膜阵列脱除尾气PM2.5效率随降膜阵列传质面积增大而增大,随处理量的增大而降低。当体积流量为111.3m3/h,相应的尾气雷诺数为230时,传质面积为0.0942m2的单排降膜阵列脱除PM2.5的效率为0.794%,此工况下,传质面积为37.7m2的400排降膜阵列脱除PM2.5的理论效率可达95.8%。     

气液传质理论研究进展

文内对气液传质的理论研究进行了评述，并预测了未来的发展方向     

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。     

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.     

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%.     

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。     

Experimental study of hydromechanics and mass transfer characteristics in cross flow packed tower

The functions of hydromechanics and volumetric mass transfer coefficient K_Xa of cross flow packed tower were studied by setting baffle plates. The influence of plate spacing on the pressure drop, height of the mass transfer unit, and mass transfer characteristics were investigated in an ordinary packed tower and a cross flow packed tower. The pressure drop increased with a rise in the flow rate of gas and liquid, and an excessive pressure drop caused flooding in the cross flow packed tower. The height of the mass transfer unit increased with a decrease in the gas flow when H/D = 0.8 ? 1.2, while increased with the increase of the gas flow when H/D = 0.6. In the ordinary packed tower and the cross flow packed tower, K_Xa increased with a rise of liquid flow. The influence of gas flow on K_Xa was negligible in the ordinary packed tower, however, in the cross flow packed tower the K_Xa gradually increased with a rise in the gas flow rate. The effect of mass transfer was optimal at H/D = 0.8. In addition, using STATISTICA software, the corresponding K_Xa correlations were proposed and discussed.     

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。     

浆料反应增强气液传质

针对液膜区存在复杂反应的浆料吸收体系,通过气体吸收对分散相颗粒溶解增强作用的研究,建立了反应浆料增强气体吸收的三区域模型.采用搅拌槽间歇吸收实验测定了不同搅拌强度和Mg(OH)₂浆料固含率时SO₂吸收速率增强.研究发现,颗粒粒径、浆料浓度、“惰性区”厚度以及待吸收气体分压等参数是影响吸收增强作用的主要参数.考虑气液近界面“惰性区”和浆料表观黏度影响后的三区域模型结果与实验结果具有良好的一致性.     

微通道内气-液弹状流动及传质特性研究进展

气-液弹状流,又称Taylor流,是一种以长气泡和液弹交替形式流动的流动形态。微通道内气-液弹状流因其气泡与液弹尺寸分布均一、停留时间分布窄、径向混合强等优点,是一种适于强化气-液反应的理想流型。本文首先介绍了微通道内气泡的生成机理、气泡和液弹长度,以及气泡生成阶段的传质特征。其次系统综述了主通道中弹状流动及传质过程的研究进展,包括气泡形状与液膜厚度、液弹内循环和泄漏流特征、气-液传质系数的测量与预测,以及物理与化学吸收过程中的传质特性等方面内容。最后阐述了当前研究的不足并展望了气-液弹状流的研究方向。     

叉流热源塔传热传质模型的建立及实验验证

热源塔作为新型的热质交换设备,在热源塔热泵机组运行过程中起着重要作用。其在冬季运行时从空气中吸收热量,为热泵机组提供低品位热量。热源塔与冷却塔在传热传质上存在一定异同点,指出了冷却塔与热源塔在传热传质上存在热阻、液体物性、潜热换热量比例、循环水/液体流量、飘液对系统的影响、热量传递方向和换热量大小等方面的差异。根据热源塔与冷却塔差异建立叉流热源塔传热传质数学模型,并采用实验验证模型的准确性。结果表明叉流热源塔潜热百分比低于35%,模型结果与实验结果相比换热性能误差低于10%,该模型能够较为精确地对叉流热源塔换热性能进行模拟。