液液界面传质过程的激光干涉法研究

为了研究液液传质过程的界面现象及传质特征,采用实时激光全息干涉技术,根据不同初始浓度时乙醇通过油水界面传质过程的全息干涉图,得到了传质过程水相侧的浓度分布,据此求出了近界面浓度和基于浓度的传质系数,并关联了近界面浓度与主体相溶质浓度的关系。建立了界面能随溶质浓度改变的函数关系,计算结果与实验值吻合良好。研究结果表明,液液静止界面传质过程基本符合双膜理论,溶质的加入能改变界面性能,传质过程界面处于非平衡状态。     

单泡吸收过程的界面传质机理

This paper focuses on the mechanism of interfacial mass transfer of a single bubble, based on the chemical potential driving force, an approach for calculating interfacial concentration in practical process is proposed. The absorption processes of bubble under both quiescent and mobile conditions are analyzed and discussed respectively. For a stationary absorption, only in the case of liquid bulk concentration near saturated value, the interfacial concentration could close to the equilibrium value ; For a moving bubble, under ordinary operating condition （Yo〉l）, the interfacial concentration is far from its equilibrium. Only under bulk concentration near saturated value or a smaller Yo（Yo〈0.1） which may involve the complication of additional resistance at interface induced by surface contamination or surfactant added, the interfacial concentration could be approximate to equilibrium value. The interfacial concentration close to the interface on liquid side for a single CO2 bubble absorbed by methanol is measured using a modern optical instrumentation in which the laser holographic interference method is adopted with a real-time and amplification technique. Experimental results show that the interfacial concentration decreases significantly with increasing Re and is far from the equilibrium one in a larger Re range. Experiments validate the proposed model.     

真空膜蒸馏过程影响因素研究

真空膜蒸馏技术以其独特的优点在海水淡化、水溶液处理、溶液浓缩、超纯水的制备、环境保护等领域得到广泛的应用，但这方面的理论研究还较少。文章针对真空膜蒸馏过程，从微观传递机理出发建立了真空膜蒸馏管内传质传热模型，使用正交配点法对中空纤维膜真空膜蒸馏过程中的温度、浓度分布进行计算，并分别讨论了溶液浓度、温度、流动状态、真空度对真空膜蒸馏过程的影响，为工业应用提供理论基础。     

微细固体颗粒对CO2吸收速率的影响

利用恒温反应器研究了颗粒性质对CO2在浆液中吸收的影响。实验选用三种溶剂：水、环己烷和大豆油,在其中分别加入不同性质的固体颗粒：活性炭、活性氧化铝和硅胶作为研究体系。结果发现,水溶液中只有活性炭表现出了明显的吸收强化效果;而在环己烷溶液中则相反,活性炭失去了强化作用,Al2O3和硅胶却对吸收起到了促进效果。由此说明能够具有吸收强化效果的颗粒需要具有两方面的性质：憎溶剂性及对溶质较高的吸附容量。同时,根据实验结果,增强因子随颗粒浓度的增加会渐进地趋于一个恒定值;搅拌速度提高强化因子会随之降低。表明强化因子与颗粒在气液界面的覆盖率有关,搅拌速度提高界面覆盖率下降。     

微通道内单乙醇胺水溶液吸收CO2/N2混合气的传质特性

采用高速摄像仪对400 μm×400 μm T形微通道内单乙醇胺（MEA）水溶液吸收混合气中CO₂过程的气液两相流及传质特性进行了实验研究,微通道内的压力降采用压力传感器进行测量。考察了弹状流型下气液两相流量及MEA浓度对压力降、比表面积和传质性能的影响。结果表明,当MEA浓度不变,气液两相流量增大时,压力降、比表面积、传质系数、体积传质系数和增强因子均增大,并逐渐趋于恒定。当气液流量不变,MEA浓度增大时,压力降、传质系数、体积传质系数和增强因子增大,但比表面积减小。实验条件下,压力降范围为2.00~5.23 kPa,化学吸收过程的传质系数范围为7.74×10^-4~2.97×10^-3 m·s^-1。对于伴有快速化学反应的传质过程,以Sherwood数、Reynolds数、Schmidt数及增强因子为变量建立了体积传质系数的预测关联式,平均偏差为5.09%,具有良好的预测性能。     

微通道内离子液体/乙醇混合溶液吸收CO2的传质特性

采用高速摄像仪对微通道内离子液体/乙醇混合溶液吸收CO₂的传质行为进行了实验研究。考察了弹状流型下气液两相流量比和离子液体浓度对液侧体积传质系数k_La和液侧传质系数k_L的影响。当离子液体浓度不变时,k_La、k_L均随气液流量比的升高而增大并逐渐趋于恒定。当液相流量不变时,对于不同浓度的离子液体溶液,液侧体积传质系数k_La和液侧传质系数k_L随气液流量比的变化曲线出现了交叉点。在交叉点之前,k_La和k_L均随着离子液体浓度的增大而减小;在交叉点之后,k_La和k_L均随着离子液体浓度的增大而增大。提出了用于预测液侧体积传质系数k_La的新的量纲1经验关联式,预测效果良好。     

非牛顿流体中气泡上升及聚并过程中液相侧浓度场的数值模拟(英文)

On the basis of Navier-Stockes equation and convection-diffusion equation, combined with surface ten-sion and penetration models, the equations of moment and mass transfer between bubble and the ambient non-Newtonian liquid were established. The formation of a single bubble from a submersed nozzle of 1.0 mm di-ameter and the mass transfer from an artificially fixed bubble into the ambient liquid were simulated by the volume- of-fluid (VOF) method. Good agreement between simulation results and experimental data confirmed the validity of the numerical method. Furthermore, the concentration distribution around rising bubbles in shear thinning non-Newtonian fluid was simulated. When the process of a single ellipsoidal bubble with the bubble deformation rate below 2.0 rises, the concentration distribution is a single-tail in the bubble’s wake, but it is fractal when the bubble deformation rate is greater than 2.0. For the overtaking of two in-line rising bubbles, the concentration dis-tribution area between two bubbles broadens gradually and then coalescence occurs. The bifurcation of concentra-tion distribution appears in the rear of the resultant bubble.     

微通道内液液两相流压力降的测量和关联

微通道内液液两相流的压力降对系统内部热量和质量传递具有重要影响。针对环己烷-含0.3%SDS(十二烷基硫酸钠)蒸馏水液液两相系统,利用高速摄像仪对2种不同深宽比的矩形截面直管微通道内的液液两相流进行了实时观测和记录,用压差变送器测定了其在弹状流型下的压力降。微通道尺寸(深度×宽度)分别为400μm×600μm,400μm×800μm。结果表明:弹状流型下的压力降随系统各相流率、毛细数、雷诺数、连续相黏度的增加而增加,随两相速度比值的增加而减小,且当毛细数Ca>0.015或雷诺数Re>20时,压力降随着通道截面深宽比的增加而增加。基于实验结果,修正了均相流模型,提出了新的压力降预测关联式,模型计算结果与实验值吻合良好。     

矩形微通道内液相黏度对气泡界面的作用机制

利用高速摄像机对矩形微通道中不同黏度体系下气泡的形状及界面演变进行实验研究。实验观察到子弹状、棒槌状、平尾状和尖尾状四种气泡形状,其中液弹的挤压力控制气泡尾部由凸形变平形或凹形,而受限空间效应和液相黏性剪切导致气泡形状为贴近壁面的尖尾状。基于两相Ca数和气液流率比绘制了气泡形状分布图并建立形状转变模型。平尾状和尖尾状气泡均是由棒槌状气泡演变而来,转变距离分别随气泡上游液弹压力和液相黏性剪切力的增加而减小,并且均与气/液流率比呈幂律关系,幂律指数小于零。尖尾状气泡破裂发生在尖端且存在临界条件,根据Ca数和气液流率比提出了破裂条件的良好预测模型。本工作对于矩形微通道内气泡的流动与破裂调控具有重要的指导意义。     

T型微通道内液滴尺寸的实验测定与关联

利用高速摄像仪对不同深宽比的T型微通道内液滴尺寸进行了实验研究。分别采用3种不同尺寸(深度×宽度)的微通道:400 μm×400 μm、400 μm×600 μm、400 μm×800 μm。以环己烷为分散油相,含0.3%表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)的蒸馏水-甘油(质量分数分别为20%、40%、60%)溶液为连续相。考察了弹状流、过渡流和滴状流流型下微通道尺寸、两相流率、物性对液滴尺寸的影响。结果表明:液滴尺寸随微通道深宽比、连续相流率、黏度和毛细数的增加而减小,随分散相流率的增加而增加。用毛细数、两相流量比和通道深宽比对微通道内液滴尺寸进行了关联和预测,预测值与实验结果吻合良好。