一种新型板翅式换热器气液分配器分配特性的敏感性分析

两相流动分配不均是影响板翅式换热器换热效率的主要因素。传统的"先混合,后分配"方法不能解决在导流翅片中流向突变时气液分离引起的气液两相流体分配不均问题,因此采用"先分配,后混合"的理念提出了一种新型的气液分配器,气体和液体分别从各自的通道进入分配器,在分配器内均匀混合后进入换热器的翅片换热通道进行换热。通过对分配器内部流场的数值模拟,发现:分配器的气液分配不均匀度随流量的增加而增加,且不均匀度受液相流量的影响比气相大。该气液分配器的气液分配不均匀度相比传统封头结构降低了一个数量级,能够有效改善板翅式换热器层间通道的气液分配特性,提高板翅式换热器的换热效率。     

微通道内伴有化学吸收气液两相流的空隙率与压力降

微通道内气液两相流空隙率与压力降对微反应器的热质传递性能有显著影响,是微反应器的重要设计参数。采用高速摄像仪和压力测量系统分别对矩形微通道内单乙醇胺水溶液化学吸收CO₂过程的空隙率和压力降进行了研究,考察了弹状流下气液两相流量与化学反应速率对空隙率及压力降的影响。结果表明:当液相流量一定时,微通道内空隙率和压力降均随着气相流量的增大而增大,空隙率随化学反应速率的增大而减小,压力降随化学反应速率的增大而增大;当气相流量一定时,随着液相流量和化学反应速率的上升,微通道内空隙率下降,而压力降上升。提出了微通道内伴有化学吸收的空隙率和压力降的半理论预测模型,模型平均误差分别为15.79%和11.12%,显示了良好的预测性能。     

NONUNIFORMITY OF TWO PHASE FLOW IN CAPILLARY SYSTEMS

Gas-liquid flow in simple systems consisting of capillaries is analyzed by theory of irreversible thermodynamics so as to shed light on induction of nonuniformity of multiphase flow. By the Prigogine's theorem of minimum entropy production, stability of uniform two-phase flow and possible transition to nonuniform distribution are discussed. The analysis of model systems suggests potential application of irreversible thermodynamics to research of multiphase hydrodynamics in chemical reactors.     

非牛顿流体在气液搅拌槽内强制流动传热特征研究

为了确定非牛顿流体气流搅拌流动传热特征，对气体有效分散区域（载点）提出了无因次准数关联式，并就两种不同叶轮搅拌的通气管外传热系数作了比较。     

符号动力学信息熵在气液两相流型电导信号分析中的应用

时间序列的符号动力学信息熵H_k因其计算简单快速,对数据量要求小,而被应用于非线性时间序列的分析中。将其应用于气液两相流型电导信号的分析中,首先通过其在高斯白噪声中的应用,来分析参数的选择标准。接下来讨论不同参数选择对气液两相流型识别的影响,并将流型信号的H_k-up同3种典型仿真信号进行对比。最后采用分段计算H_k-up的方法对气液两相流型电导信号进行分析,剖析了各种流型的演化规律。分析结果表明:符号动力学信息熵是一种有效的分析气液两相流电导信号的方法,能够有效区分不同流型,并能够反映不同流型的演化规律特性。     

多孔道底吹喷枪搅拌的数值模拟与强化机理分析

底吹富氧搅拌是熔池熔炼的一种关键强化技术,对品位低、杂质多的矿产资源具有很好适应性,底吹喷枪是其关键工艺设备。本文将数值模拟与数理统计相结合,建立了多孔道底吹喷枪强化搅拌的三维数学模型,并通过水力学模型实验对数学模型进行了验证。针对模型计算结果,以气泡上升时间、液体的气含率方差和平均湍流强度等为评价标准,对直管及多孔道底吹喷枪搅拌过程的混合均匀度进行对比研究。结果表明：多孔道喷枪喷吹方式在提高熔体搅动能的同时能使中上部熔体的混合更为充分,并在生产实践中取得了良好的应用效果。     

气体喷射-气液旋流式冷氢箱的传质特性

开发了一种具有多重旋流结构的气体喷射-气液旋流式冷氢箱,并通过大型冷模实验对其进行传质性能测试。在气体喷射速度10～80 m·s^-1和液体进口速度0.2～0.7 m·s^-1条件下,采用氧吸收法测量了液相体积传质系数k_La,采用空气-Na₂SO₃溶液化学吸收法测量了相界接触面积a。结果表明:k_La和a均随气体喷射速度和液体进口速度增大而增大,其中受气体速度变化影响更为明显;由测定的传质参数数值可知新型冷氢箱传质效果较传统冷氢箱大幅提高,与机械输入设备处于相同量级,具有优异的气液混合性能。还采用量纲分析法对数据进行了归纳拟合,得到传质参数与气相Reynolds数、液相Weber数之间的关联式,可以较好地关联预测冷氢箱的传质性能。     

香兰素基非离子表面活性剂的动态表面张力与气/液界面吸附行为

通过最大气泡压力法测定香兰素基聚氧乙烯醚(VAEO)的动态表面张力,利用Word-Tordai方程研究其在气/液界面的吸附行为。结果表明,质量浓度低于临界胶束浓度(cmc)时,VAEO在吸附前期为扩散控制吸附,在吸附后期为混合动力控制吸附;质量浓度大于cmc时,为混合动力控制吸附,胶束不影响吸附行为。VAEO_(10)和VAEO_(20)的扩散系数D的数量级为10~(-11)m~2/s,比文献报道的壬基酚聚氧乙烯醚(NPEO_9)低一个数量级。     

喷射反应器内气液两相流体动力学特征

喷射反应器是一种重要的化工过程强化设备,可有效强化传质与传热过程、加快反应速率、提高反应产率,近年来在多个领域得到应用。本文对两种典型喷射反应器的结构及其工作原理进行了描述,系统地分析了各操作参数和结构参数对气体吸入量和气泡直径的影响规律,指出研究气体吸入和气泡破碎两种机制的必要性。对采用计算流体力学方法模拟喷射反应器内气液两相流进行了分析,指出Mixture模型适合研究气体吸入量,无法准确描述气泡运动和破碎这两个重要过程,提出采用计算流体力学与群体平衡模型结合的方法进行模拟,关键在于建立适合喷射反应器的气泡破碎频率模型。另外,结合工业应用的实际情况,强调了加入催化剂颗粒相的多相流分析对于指导工业应用的重要意义。     

撞击流微反应器气液传质研究

在T型对撞反应器的基础上,对其结构进行改进,设计了旋流锥型对撞、T型旋撞和旋流锥型旋撞(二次旋转)3种撞击流反应器。用化学吸收法测量了这几种不同结构的微反应器在气液二相逆流接触条件下平均相界比表面积α及液相吸收传质系数kL;进而分析了反应器进口结构、尺寸和流体流量等条件对传质性能的影响。结果表明:旋撞比直撞的传质系数大,二次旋撞的比一次旋撞的传质系数要大;撞击区进口尺寸越小,气液流体的流量越大,反应器的传质系数越大;液相传质系数较常规气液接触设备的至少高1—2个数量级,其传质强化的原因主要源于微反应器内相界比表面积大幅度地增加。