基于水电解制氢的梯度多孔传输层中气液流动可视化实验研究

在电解水制氢的过程中,多孔电极内的孔隙会发生气泡阻塞现象,这会妨碍气体扩散以及电解液在多孔电极内的流动,从而导致电极传质电阻的增加,进而影响电解水制氢的速率和能耗。采用3D金属打印技术制备了LSL-PTL、MMM-PTL和SLS-PTL三种规则的镍铁合金电极扩散层,进行了可视化的水电解实验,定量地记录了不同电流密度下梯度多孔传输层中气液两相流动的变化,包括气泡形态、孔隙含气率和气泡脱离速率等参数,研究扩散层梯度对气液传质过程的影响,并分析了不同电极梯度结构对电解过程中阻抗和过电位的影响。实验结果显示,与SLS-PTL和MMM-PTL相比,LSL-PTL的梯度结构从催化层即逐渐增大孔隙尺寸,始终保持较低的容积含气率,可以加速气泡在扩散层中的迁移,使气液交换更加频繁,有效减小气液传质阻力,并获得更低的传质阻抗和电解过电位,三种梯度电极在相同电流密度下的电解电势关系为E_LSLMMMSLS。因此,在水电解中采用LSL-PTL梯度的扩散层可以提高制氢效率,减少能耗损失。这项研究为水电解制氢中气液传质过程的主动控...     

精馏塔塔板两相流理论及实验研究

塔板上气液两相的流动状况尤其是液相的流速分布对塔板效率有重要影响。针对塔板上的气液两相流动 ,研究者提出了许多理论及实验方法 ,以期准确模拟和测量塔板上液相的流动分布。文中介绍并评价了塔板两相流动计算的各种理论模型以及两相流动测量的各种实验方法     

气液两相流强化卷式纳滤膜分离硫酸镁水溶液

气液两相流强化卷式纳滤膜分离实验是针对DK2540卷式纳滤膜,采用气液两相流强化分离技术,对硫酸镁溶液进行研究,较系统地研究了温度、料液浓度、过膜压力、料液流速、气体流速等因素在分离硫酸镁溶液时,对膜通量、截留率和膜通量增加率的影响,并总结了气液两相流强化效果。结果表明,气液两相流强化卷式纳滤膜分离有明显的效果。温度宜在30~40℃。料液浓度越大、过膜压力越小、气液比越大,气液两相流强化效果越明显。     

等温气液混合器压降研究

实验研究空气-水两相流体通过等径90°T型管混合器进行混合的压降.结果表明,在实验范围内,混合后气液两相混合物的流动流型为环雾流,其压降主要与两股混合物流的动量比有关.根据混合后气液两相混合物的流动流型,模拟计算空气-水系统的压降,计算结果与实验结果较为吻合.利用该计算模型分析气液流量对混合器压降的影响.     

基于OpenFOAM模拟精馏塔板的气液流动

本研究对筛孔型精馏塔板上的空气-水两相流进行了模拟，模拟方法采用基于开源软件平台OpenFOAM的双流体模型框架。模拟体系选用Solari-Bell经典实验体系，研究了不同操作条件下的气液两相流动参数，包括清液层高度、气相速度、液相速度和塔板压降等，模拟结果与实验结果的变化趋势基本一致。基于CFD模拟结果，分析了不同工况下塔内气液两相速度场与气含率分布等流动参数，结果表明本工作可以较好地捕捉塔板上的气液流动特征。进一步地，讨论了应用OpenFOAM模拟精馏塔内气液两相流动的若干影响因素，在此基础上分析了气液错流体系相间曳力对模拟结果的影响，实现了与使用商业软件模拟结果相接近的预测效果，验证了使用OpenFOAM模拟精馏塔体系的可行性。     

水平气液两相流流型空间图像信息复杂性测度分析

为了考察从图像灰度序列提取的复杂性测度与气液两相流流型变化之间的关系,本文首先从高速摄影系统拍摄的60种流动工况下水平管内气液两相流流型图像中提取了三种复杂性测度（Lempel-Ziv复杂度,分形盒维数,Shannon信息熵）,在此基础上研究了不同表观气速下三种复杂性测度的混沌动力学特性,以及对气液两相流流型的表征能力。实验结果表明：三种复杂性测度均能敏感地指示出流型的变化;通过对三种复杂度随两相流流动参数变化规律分析,可以得到气液两相流动力学结构反演特征, 为揭示气液两相流流型转化机理和定量识别流型提供了一种有效的辅助诊断工具。     

垂直管中气,液两相上升流动摩擦压降测定的改进

本文研究了气、液两相垂直上升流动的摩擦压降，改进了两相液中流体的压差与持液量的测定技术，实验在内径为１９ｍｍ、高度为１５００ｍｍ的垂直玻璃管中完成，实验介质采用空气与水，两相流摩擦压了值通过测定压差与持液量实验数据计算得到，流型通过观察决定。     

非线性振动下倾斜通道气液两相流动实验研究

为了研究非线性振动工况下倾斜通道气液两相流,将振动装置与气液两相流实验回路相结合,通过改变通道倾角及振动参数进行实验研究。由实验得到的流型图表明,非线性振动工况和稳态工况下的气液两相流动形式不同,增大倾角和振动参数会导致流型转换界限发生改变。由实验得到的气液界面分布情况表明,振动频率主要影响相界面波动程度,振动幅度主要影响截面空隙率,倾角主要影响气泡形状及液面波动角度。结果表明,通过对比非线性振动工况下倾斜通道内空隙率的预测值与实验值,稳态下两相流空隙率计算公式同样适用于非线性振动工况。     

开孔金属泡沫内气液两相流动的可视化

开孔金属泡沫内流动特性的研究多局限于局部流动特性的分析,大尺寸（100cm²以上）金属泡沫内气液两相宏观流动特性的研究目前较为缺乏。为了深入认识金属泡沫内气液两相流动特性,本文通过光学可视化手段,对金属泡沫多孔介质薄层内的气/液驱替、液/气驱替两相流动过程进行研究,分析了入侵流体的流速及金属泡沫的孔径对泡沫薄层内两相流动的影响。结果表明：在气/液驱替流动方面,随着空气流速的增大,气液两相的界面形态由毛细指状结构过渡到黏性指状结构,随着泡沫孔径的减小,部分排水现象愈加显著;在液/气驱替流动方面,气液界面较为规则,近似呈锥形,且流速越大,界面锥角越大、长度越小,试验中仅在最小孔径的金属泡沫中捕捉到明显的部分驱替现象,并且随着水流速的减小愈加显著。     

多孔介质泡沫材料在蒸馏过程中的应用

按气、液两相在多孔介质中不同的流动与接触方式,将应用于蒸馏过程强化的多孔介质传质元件分为三大类进行了系统的介绍,即气/液两相均在多孔介质内部流动的气液逆流接触方式、气相在多孔介质内部流动/液相在多孔介质表面流动的气液错流接触方式以及液相在多孔介质内部流动/气相在多孔介质表面流动的气液逆流接触方式。详细阐述了本课题组对各类多孔介质传质元件的研究思路与历程,总结其流体力学和传质性能与相应传统传质元件相比的优缺点,进而指出了多孔介质泡沫材料强化传质过程的作用机理是其能在蒸馏过程中得以多元化应用所亟待解决的关键科学问题。