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。     

伴有Rayleigh对流的气液传质理论

浓度梯度导致的Rayleigh对流会对界面传质产生重要影响。采用格子Boltzmann方法(LBM)对吸收过程伴有Rayleigh对流的气液传质理论进行了分析。针对表面更新理论,提出了将近界面处羽状对流结构的宽度作为特征尺度来求得表面更新时间。结果表明,Rayleigh对流的发生能够有效减小双膜理论中的液膜厚度;液相传质系数的LBM模拟值与表面更新理论预测值吻合较好。     

单组分扩散过程中界面湍动对流结构的观察

利用激光纹影仪从垂直和平行于界面两个方向对静止和流动乙醇吸收、解吸C02的传质对流结构进行了观察，发现在液相主体中明显存在传质导致的液体对流现象，同时发现对流结构在液相流动方向取向具有优先性。研究界面对流对增大传质速率，探索微观传质机理和寻求强化传质途径具有理论和实际意义。     

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。     

Rayleigh对流及其对界面传质影响模拟的格子Boltzmann方法

针对乙醇吸收CO₂过程中,由CO₂通过界面向液体乙醇传递所导致的Rayleigh对流现象的模拟,建立了二维格子Boltzmann方法（LBM）。采用浓度分布函数和流体质点密度函数的双分布模型格子Boltzmann方法,同时引入由浓度差导致的重度差作为外加力,实现了流体中浓度场与速度场的模拟。应用所建立的LBM方法,对界面具有多个离散CO₂扩散源的二维区域液相Rayleigh对流现象进行了模拟,结果显示,模拟得到的浓度分布结构与文献中实验结果相一致。通过考察Rayleigh对流和浓度分布结构,分析了Rayleigh对流存在条件下的传递规律。通过采用LBM方法对浓度场模拟可以定量给出液相界面瞬时传质通量。计算结果表明,瞬时传质通量随时间的增长先增加后减小,这种变化与相似文献   

水溶解CO2过程界面对流现象的PIV/LIF测量及传质系数预测

建立了用于观测水溶解CO₂过程界面Rayleigh对流现象的粒子成像测速（PIV）和激光诱导荧光（LIF）技术联用方法,同时获得了该对流传质过程的液相速度场及浓度分布,定量观测了Rayleigh对流的发展过程。经界面对流发生条件下传质过程的分析,指出Rayleigh对流过程的涡量是影响传质过程的主要因素,给出了传质系数随涡量的变化关系和相应的关联式,进而为通过液相速度场的测量预测Rayleigh对流条件下的液相传质系数提供了一种有效的方法。     

筛板上气泡群的传质

本文采用不稳态解吸平均浓度法研究筛板上液相体积传质系数.该方法不需要测定复杂的混合参数,方法简单,结果可靠.实验是在直径为142mm的筛板塔内进行CO_2的解吸,研究了孔径、开孔率、空塔气速、清液高度和液体性质对液相体积传质系数的影响.根据气泡直径分布密度函数,导出了气泡群传质模型,并用以关联实验结果,得到:(?)=3.64×10~(-2)(?)~(0.24)Fr~(-0.55)ε_g/(1-ε_g)(?)关联式与实验数据吻合较好.     

格子Boltzmann方法模拟咸水吸收CO2的Rayleigh对流过程

由溶解的CO₂引发的Rayleigh对流,对咸水层中CO₂的捕获与封存至关重要。为了更加直观地了解该过程的混合规律和盐浓度变化带来的影响,本文采用格子Boltzmann方法（LBM）对该过程进行了模拟。通过建立包含密度和浓度分布函数的双分布模型,同时引入静电力和体积力等外力项,对293.15K、101kPa下有多个离散的CO₂扩散源时的浓度分布进行了模拟。结果表明,模拟得到的Rayleigh对流结构、对流发生时间、流场速度和瞬时传质通量的数量级与前人研究结果一致;在咸水吸收CO₂过程中,Rayleigh对流结构可有效强化传质;瞬时传质通量随着时间增长先减小后增大再减小,对应了Rayleigh对流结构产生、发展、稳定的变化过程。同时模拟CO₂在纯水和不同盐浓度咸水中的溶解过程结果表明,盐浓度的增加会延迟Rayleigh对流的开始时间、降低传质效率,这与前人的实验结果一致,模拟结果可为不同盐浓度咸水层中CO₂的封存提供指导。     

单乙醇胺水溶液化学吸收CO_2的研究

有机胺水溶液化学吸收CO2在工业上广泛应用,对其传质过程的微观机理进行研究十分必要。文中以对流扩散方程为基础,考虑了界面阻力对传质的影响,建立了带有化学反应的气液吸收过程液相侧非稳态传质模型,得到了传质系数表达式。利用激光全息干涉仪对不同液相主体流速下单乙醇胺(MEA)水溶液化学吸收CO2过程进行了实验研究,测定了传质达到稳态时的液相侧近界面浓度、浓度边界层厚度和传质系数。结果表明:随着液相主体流速的增加,近界面浓度和浓度边界层厚度减小,而传质系数增大;MEA在水溶液中的质量分数由0.1%增大到0.2%时,CO2吸收过程达到稳态时的近界面浓度、浓度边界层厚度及传质系数均增大。传质系数模型计算值与实验值吻合良好。     

水吸收CO2过程界面对流的激光诱导荧光观测

建立了采用激光诱导荧光技术观测水吸收CO₂过程中界面对流现象的实验装置,利用荧光素钠作为荧光剂,通过标定获得了CO₂在水中溶解浓度与荧光强度的关系,进而获得了定量测量水中CO₂浓度分布的实验方法。通过建立的实验装置和方法,测量了水吸收CO₂过程中液体近界面Rayleigh对流发生时的浓度分布演化过程。利用实验结果对文献中报道的临界Rayleigh数进行了验证;并对上述吸收体系的界面传质由分子扩散主导逐步转变为对流传质主导的过程,以及Rayleigh对流对吸收过程界面传质的强化进行了定量分析。     

PIV Measurement for Rayleigh Convection and Its Effect on Mass Transfer☆

The velocity distribution in Rayleigh convection caused by acetone volatilization in acetone-ethyl acetate binary system was observed in a vertical cross section of an initially quiescent liquid layer ...     

界面传质中Rayleigh对流的格子Boltzmann模拟和实验验证(英文)

Concentration gradient induced Rayleigh convection can influence effectively interfacial mass transfer processes, but the convection phenomena are known as mesoscopic and complex. In order to investigate this phe-nomenon, a two-equation Lattice Boltzmann Method (LBM) is proposed to simulate the velocity and the concentra-tion distributions of Rayleigh convection generated in the CO2 absorption into ethanol liquid. The simulated results on velocity distributions are experimentally verified by PIV (particle image velocimetry technique) measurements. In order to simplify the analysis, the convection in the simulation as well as in the experiment, the Rayleigh convec-tion was manipulated into a single down flow pattern. The simulated results show that the concentration contours agree qualitatively with the schlieren images in the literature. The experimental and simulated results show that the Rayleigh convection under investigation is dominated by the flow in the downward direction and impels exchange of the liquid between the interfacial vicinity and the liquid bulk promoting the renewal of interfacial liquid, and hence enhances mass transfer. The comparison between the simulated and experimental results demonstrated that the proposed LBM is a promising alternative for simulating mass transfer induced Rayleigh convection.     

Spatial Scale Effects on Rayleigh Convection and Interfacial Mass Transfer Characteristics in CO2 Absorption

Concentration gradient‐induced Rayleigh convections in the CO₂ absorption process were investigated by the hybrid Lattice‐Boltzmann/finite‐difference method (LBM‐FDM). The spatial scale effects on Rayleigh convection were studied by simulating Rayleigh convections with different liquid layers. The scale of convection increased with the liquid layer height but the average mass transfer coefficient showed the adverse tendency. The Rayleigh convection had a pronounced effect on the surface renewal. For better assessment of the renewal intensity, two statistical quantities were proposed. The transient variations of these quantities provided a good following feature with the mass transfer coefficient which confirms their accuracy and precision in characterizing the mass transfer process.     

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。     

气相第2组分对水溶解CO2过程界面对流影响的LIF观测

采用激光诱导荧光（LIF）观测方法考察了在气相中分别添加乙醇和二氯甲烷分别对CO₂在水中溶解过程界面对流的影响,得到了液相中CO₂浓度分布及其演化的观测结果,通过物料衡算得到了相应条件下的液相传质系数。CO₂溶解过程会出现由密度梯度引起的Rayleigh对流。实验结果表明,当添加的乙醇含量小于8.47 mg·L^-1时,Rayleigh对流会被增强,进而促进了CO₂的溶解;随着气相中乙醇含量的增大,Rayleigh对流反而被抑制;气相添加二氯甲烷会显著增强Rayleigh对流,提高了CO₂的传质速率,随着气相二氯甲烷含量的增大,CO₂在水中溶解过程的液相传质系数呈现先加强后恒定的趋势。     

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.