新型气液逆流接触洗涤器流动-传质模型

通过冷模实验对一种新型气液逆流式洗涤器流动传质特性进行了考察。实验结果表明,在不同的操作条件下,洗涤器内气液两相流动会呈现出不同的流型。其中,洗涤器在泡沫流状态下的高效传质段体积和解吸率的数值均较大。将实验结果与理论分析相结合,依据其气液接触表面更新极快、形成高度湍动泡沫流的特点,提出了一种基于该洗涤器结构和操作特性、可以预测洗涤器传质效果的"两段式"流动-传质模型。模型将洗涤器内气液作用区分为两个区段:旋转射流段和高效传质段。利用该模型分析了解吸率与液气比L/G和旋流比ω的变化关系;结果表明,在不同操作条件下,该模型的计算结果与实验数据吻合较好,可供工程设计参考。     

气液逆流洗涤器内两相流场的实验研究与数值模拟

采用RNG k-ε湍流模型和欧拉双流体多相流模型模拟了气液逆流接触洗涤器内的两相流场,将计算结果用实验验证.通过考察两相流速、湍流强度、压降、气含率等参数验证了模型的可靠性,对不同喷嘴结构和操作条件下的泡沫区流场特性进行了模拟分析.结果表明,气液撞击形成的泡沫区湍流强度高,气液两相径向与切向速度较大,轴向速度较小,可用湍流强度大小表征泡沫区的大小.泡沫区占整个洗涤器的体积分数β随气液质量流量比增大先增大后减小,气液质量流量比为0.0096时达峰值;随进液轴/切流量比增大β先增大后减小,流量比为0.66时达峰值.喷口直径为8 mm、切向进液倾斜角为60°时气液传质效果最好.     

气液逆流接触洗涤器两相洗涤效果和流动特性

针对一种气液逆流接触洗涤器，通过冷模实验，采用溶氧法和压力传感器考察了洗涤器内黏度对气液传质和流动特性的影响。结果表明，黏度对传质的影响并非单调递增或递减的趋势，中间黏度洗涤液下的解析率最高。此外，洗涤器内除了泡沫型(QA/QT=0.4?0.6)，环流型(QA/QT=1.2?1.5)也表现出了良好的传质效果。当洗涤液黏度?=1.00?1.30 mm2/s时，压力在不同轴切比下的变化趋势与相同液量下解析率的变化相似，即传质较佳的流型对应的压力值也高。根据实验结果，将流动参数、传质参数、操作参数结合在一起，给出了解析率和压降的经验关联式，计算值与实验值吻合较好，可供工程设计参考。     

气液两相逆流-错流撞击洗涤器内两相流动与传质特性

针对一种能实现气液两相逆流-错流撞击的洗涤喷嘴,采用溶氧法、摄像法和电导探针法等考察了操作参数对洗涤器内两相流型、传质性能、局部气含率的影响,并分析了洗涤器内流型、气含率与传质特性的关系. 结果表明,由于气液两相沿洗涤器径向分布不均,文献中通过直观观察描述流型的方法明显欠准确. 在直观观察的基础上,依据局部气含率分布将两相流型分为液柱型、环流型和泡沫型三类,其中泡沫型分为环状泡沫型和碗状泡沫型两种. 为了定量分析不同流型的传质效果,定义了有效传质区(气液接触、传质过程中形成的两相流中气含率75%≤eg≤85%的区域),得出了有效传质体积的计算表达式. 气液逆流撞击的洗涤器内有效传质体积越大,传质效果越好.     

撞击式泡沫洗涤器流场数值模拟

采用k-ω湍流模型和拉格朗日两相流模型模拟了撞击式泡沫洗涤器内气液逆流接触的两相流场,通过分析中心截面的气相速度分布,可将气液两相相互作用区分为回流区、泡沫区和壁面环流区3个区域;探索用液相浓度分布来定量表征泡沫区即有效传质区的范围;考察了5种工况下洗涤器压降的模拟结果,并与试验结果相对比吻合较好(相对误差小于10%),验证了模拟的可靠性。     

动力波洗涤器中碱液吸收低浓CO_2的传质特性

为研究动力波洗涤器内的气液传质特性,在动力波洗涤器中,进行NaOH溶液吸收混合气体中微量CO2气体的吸收实验。参考填料塔中钠碱溶液吸收低浓气体的传质模型,测定了动力波洗涤器中NaOH溶液吸收低浓CO2的气相体积总传质系数KGa及吸收效率η。研究了气相速度、NaOH溶液质量分数及液气比对KGa的影响,结果表明:KGa随着气相速度及NaOH溶液质量分数的增加而增大,但NaOH溶液质量分数小于气相速度对KGa的影响;随着液气比的提高,KGa逐渐减小,η开始随着液气比的提高而增加,但到一定数值后,效果不明显;回归了KGa的准数关联式,并依据液气比对KGa及η的综合评价,提出洗涤管直径为100 mm,NaOH溶液质量分数为10%,液气比操作范围在0.005—0.025时,动力波洗涤器具有较高的综合传质性能,为工业应用提供参考。     

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.     

微曝氧化沟气液两相传质模型构建及传质影响因素分析

基于ANSYS Fluent软件建立了微曝氧化沟气–液两相流动和溶解氧输运模型,对比不同工况下氧体积传质系数的实验测量值和模拟结果,误差在7%以内。采用验证可靠性的模型模拟研究了气泡直径、曝气量和横向流动速度对微曝氧化沟内氧传质的影响。结果表明,气泡直径由1.5 mm增至3 mm时,氧体积传质系数由15.80 h?1降低至5.83 h?1;曝气量由0.5 m3/h增大至2 m3/h时,氧体积传质系数由4.21 h?1增至14.15 h?1,减小气泡直径和增大曝气量能明显提高氧体积传质系数。微曝氧化沟内气–液相间传质及溶解氧的分布受横向流动影响,开启单台和两台推流泵时,氧体积传质系数分别比无横向推流工况增大27.7%和42.4%,横向流动能有效提高气泡羽流内的气含率,增强氧传质效果。     

弯曲正方形截面微通道内气液两相流流型研究

以空气-水为工质,在不同曲率比下利用高速摄影仪对正方形截面为0.8mm×0.8mm的弯曲微通道进行了气液两相流流动特性实验研究,获得了典型流型毛细泡状流、弹状流、间歇流和环状流,发现了非典型毛细泡状流和少见的波状分层流,并将实验结果与相关文献进行对比,为合理设计微型换热器和微化工混合器的气液流动分布结构、保证微通道内优异的传热传质特性提供理论指导和技术支撑。     

液氢缩比贮箱蒸发特性数值模拟及实验验证

地面缩比贮箱用来模拟箭载液氢贮箱热物理过程及运行特性,包括筒段和壳段,壳段用于支撑筒段。筒段和部分壳段使用泡沫绝热,壳段结构部分裸露在环境中,成为液氢贮箱的主要漏热源。基于计算流体力学方法数值研究了液氢缩比贮箱蒸发特性,构建了基于VOF两相流模型以及Level-set界面跟踪方法的贮箱两相氢流动和相变传热传质数学框架,其中气液界面传质率基于Lee模型计算。框架中的系数、边界条件等作如下考虑:Lee模型中的液化/蒸发系数通过与实验数据对比获得;通过理论分析低温面有/无泡沫保温层的结冰特性,对暴露在环境的泡沫和铝壳表面施加对流换热或常热流边界条件;当贮箱压力达到约2个大气压(0.2 MPa)时,安全阀打开放气保持内部压力不变,基于自定义函数方法模拟阀门开闭实现控制贮箱压力的目的。与实验测量的液位下降速率和气相温度非稳态变化对比表明,构建的数值模型能够较好地模拟液氢贮箱自增压过程的复杂流动、相变传热传质特性。为模拟真实箭载液氢贮箱停放阶段的热物理过程打下基础。     

Gas-phase residence time distribution in a falling-film microreactor

Industrial-scale performance of gas-liquid reactors can be difficult to optimise for very rapid or highly exothermic reactions. Microstructured reactors for laboratory measurements offer new opportunities for the study of these reactions by enabling precise heat management and fine control of reactor operating conditions. For accurate experimental study, characterisation of the flow conditions within these new reactor devices is essential.The present study examines experimental residence time distributions for the gas phase through a microstructured falling-film reactor, in order to develop an appropriate flow model for further study of gas-phase mass-transfer characteristics in the system. For the gas-phase residence time distribution experiments, the detection system involves a flow of oxygen containing ozone as a tracer gas with continuous monitoring of the concentration by UV-light absorption. The experimental results are used to model the flow behaviour in the gas volume over the gas-liquid contact zone as a series of continuous stirred tank reactors whose number is a simple function of the gas Reynolds number.The experimental results are compared with computational fluid dynamics calculations of the gas flow within the reactor. The comparison indicates a clear correlation of the flow model behaviour with the appearance of recirculation loops in the reaction chamber and the effect of the gas jet at the entrance of the gas-liquid contact zone.     

新型气液逆流撞击洗涤喷嘴的优化

针对一种新型气液逆流撞击式洗涤喷嘴,通过冷模实验,采用溶氧法考察了不同结构喷嘴的气液两相传质性能。结合解析率及流型变化,考察了喷嘴出口直径、切向进液口倾角、旋流室收敛段锥角、切向进液口直径、喷口长度5个参数对传质的影响,确定了优选喷嘴的结构尺寸,分析了该优选喷嘴在不同操作条件下(气速、表观液气比和轴切比)的传质效果。结果表明,优选喷嘴在轴切比为0.4~0.6且气速较高时传质效果较好。     

Characteristics of a hydro-filter pressure drop,liquid hold-up and liquid overflow rate

An experimental study of the effect of operating conditions on the characteristics of a hydro-filter (Marble bed scrubber) has been performed. There are stable operating regions of a hydro-filter with respect to the gas flow rate, the packed bed height and the height of an overflow pipe above the bed. The total pressure is mainly composed of the pressure drops in two sections, the packed section and the bubble section. The pressure drop in the packed section can be estimated from the correlation for a cocurrent gas-liquid upward flow packed bed given by Turpin ad Huntington.     

气泡雾化喷嘴泡状流出口喷雾脉动特征

采用实验和仿真方法,对一特定气泡雾化喷嘴泡状流时混合室内的气液两相混合形态以及喷孔出口喷雾脉动特征进行了研究。研究结果表明,泡状流时气泡尺寸呈近似正态分布,气泡尺寸随液相质量流量和气液质量比增大而减小;喷雾形态和喷孔出口气液流动参数存在较大脉动,喷雾锥角脉动超过20°;气泡数量密度小且气泡直径较大时,喷雾平均锥角相对较小,且喷雾脉动现象比较严重;随着气泡数量密度增加,喷雾平均锥角呈现先快速增大后缓慢增大趋势,而喷雾锥角变异系数先快速增大随后逐渐减小并趋于稳定;复杂的流场结构是喷孔内气泡表观形态发生较大变化以及喷孔出口气液流动参数产生较大脉动的主要原因。     

注气孔位置对文丘里管式微气泡发生器成泡特性的影响分析

尽管文丘里管式微气泡发生器的注气口位置会对气泡在文丘里流道内的碎化特征产生直接影响,但迄今缺乏针对性的深入研究。通过可视化实验方法,对比分析了注气口分别位于喉管处（结构1型）和进水管处（结构2型）时的气液流型、气泡破碎特征以及成泡特性。实验表明,气、液相流量对结构1型微气泡发生器内的气液流型影响显著,初始成泡区域随液相流量增加,环状流或泡状流向弹状流转变,而随气相流量增加则由泡状流或弹状流向环状流转变;结构2型微气泡发生器则在此过程中始终为泡状流,其对操作工况的适应范围大于结构1型。在相同工况下,结构1型微气泡发生器的成泡Sauter平均粒径小于结构2型,但随着液相Reynolds数的增大,二者间的成泡平均粒径差值随之减小。分析原因是由于弹状流流型下,延伸至扩张段区域的弹型泡的表面积更大,能量转化率更高,气泡界面失稳碎化的程度更显著。随着液相Reynolds数的增大,初始成泡体积减小,湍流破碎机理作用占据主导,掩盖了由于界面失稳引起的气泡破碎。结构1型微气泡发生器的成泡能耗高于结构2型,并且随液相Reynolds数的增大,两者之间的差值随之增大。综合来看,结构2型微气泡发生器能够在低能耗下实现高效成泡,面向工程应用将更具优势。     

气泡羽流气液两相流动特性的研究进展

气泡羽流是一种复杂的气液两相流,广泛应用于废水处理、石油加工、环保等工业领域。气泡羽流的流动特性对气液两相间质量、动量传递及工业应用至关重要。本工作总结了理论与实验研究等方面气泡羽流流动特性的研究进展。详细讨论了气泡羽流气液两相流体水力学特性、羽流运动行为的影响因素。根据气含率、气泡直径等水力学参数的预测模型和经验公式,归纳了不同液相物性和结构参数下羽流模型的适用范围,揭示了流动对传质的作用。总结了分层流体中气泡羽流流型变化规律、羽流去分层效果以及引起流型变化的影响因素。阐释了横向流动环境下羽流的偏移行为呈线性变化,该变化与横向流速及表观气速等因素有关。最后讨论了气泡羽流气液两相流动特性研究手段和理论方法的局限性,展望了气泡羽流运动规律多尺度研究的方向。     

垂直受热通道中气液两相流传热性能的研究

在垂直受热通道中气液两相流的传热是一种从单相流、泡状流、弹状流、搅拌流直至环状流的各种流型的气、液两相复杂传热。本文采用了特制的实验研究设备,以水及其蒸汽为介质,研究了各种流型的传热特性及其影响因素(进料质量流速、热通量以及干度等),探讨了成膜条件,并用J.C.Chen双机理传热模型计算、分析了在不同情况下各机理对传热所起的作用。     

氨法烟气脱硫SO2吸收传质系数研究

喷淋塔氨法脱硫技术被广泛应用于净化烟气的SO₂,传质系数是喷淋吸收塔重要的设计和运行参数,但目前文献中有关氨法脱硫传质系数的报道很少,还有待进一步研究。在喷淋塔中对氨法脱硫SO₂吸收传质过程进行了实验研究,结合对液滴和塔壁液膜运动的计算,得到不同实验条件下SO₂的吸收传质速率,并建立了氨法脱硫SO₂吸收传质系数表达式。该传质系数包含浆液pH、烟气流速u_g和液气比L/G等主要参数,能够反映不同pH、u_g和L/G条件下SO₂在单位气液接触面积上的传质速率。对比验证结果表明,该传质系数计算得到的SO₂吸收传质速率与实验值之间的相对误差小于±12%,二者能够较好地吻合。建立的传质系数表达式能够为喷淋塔氨法脱硫的优化设计和运行提供理论参考。     

计及气泡诱导与剪切湍流的气泡破碎、湍流相间扩散及传质模型

在以鼓泡塔为代表的气液鼓泡流动中,存在着气泡诱导湍流（BIT）和剪切湍流两种湍流机制,并且二者在不同的时间、空间范围内既相互竞争又共同作用。受制于BIT动能能谱的形式和特性不够完整清晰,过去的研究中关于BIT如何对气泡破碎聚并、相间作用力、相间传热传质等相间相互作用过程产生影响的结论比较模糊。因此,本文在具有波数κ^-3特性的BIT能谱的基础上,提出了在不同工况下考虑BIT与剪切湍流共同作用的研究思路。研究结果表明,考虑两种湍流机制的气泡破碎模型和湍流相间扩散模型对BIT在整体或局部占据不同程度主导地位的情况,都能很好地捕捉气液鼓泡流动的动力学特性,为进一步准确揭示气液相间传质过程的内在机理提供了基础。