电化学方法研究垂直上升管内的弹状流特性参数

论文摘要

本文采用电化学的方法研究了垂直上升管内弹状流的特性参数。研究了牛顿流体(水)空气体系中形成弹状流的壁面传质系数及在管路不同位置处液弹长度分布,此外还着重研究了非牛顿流体(缩甲基纤维素钠—CMC的水溶液)和空气体系在不同管径管路中形成弹状流的气液弹长度分布。 弹状流内传质系数表明:通入少许气体形成弹状流后平均传质系数较同样液速下单相流的传质系数显著增加。同样的表观气速下,传质系数随着液体流速的增加而增加,但较小液速下,传质系数波动较大,随着液速的不断增加,传质系数波动范围逐渐减小,同时增加液速对传质增强的贡献越来越小。原因是液速较小增加液速能有效的增加尾迹区的长度,该阶段的传质系数增加较为显著。但当液速超过一定值时,继续增加液速已不能再增加尾迹区的长度,相应的传质系数的变化不大。增加气体表观速度对传质系数的增加收效甚微。Campos实验证明增加气速仅能增加气弹长度,但尾迹区长度和气弹周围液膜内的剪切速率并没有发生太大变化,因此变化气速对壁面传质系数的影响不大。 实验得到管路25D,55D,以及100D处液弹长度分布均可以用对数正态分布函数来描述。随着测试位置的上移,液弹平均长度及液弹长度的标准偏差均增加,说明在测试段内气弹之间不断发生聚并,也即弹状流经历了逐渐的发展阶段。液弹长度分布对气液表观速度的变化并不敏感。 研究了CMC溶液—空气体系的弹状流在不同浓度、管径、表观气液速下的气液弹长度分布。结果表明:不同浓度CMC溶液下的气液弹长度分布均可以用正态分布描述。气弹长度随溶液浓度(黏度)的增加而增加,液弹长度随浓度(黏度)增加而减小。但0.3wt%的CMC溶液较为特殊。通过计算不同浓度下气弹尾迹区长度及雷诺数给变化作出相应的解释。气液速变化对液弹长度分布的影响是相似的,高浓度CMC(0.8wt%)溶液中的液弹长度和方差随气液速的增加而减小,低浓度CMC(0.3wt%)溶液中气液弹长度和方差随气液速的变化不规则。无论在高浓度还是低浓度CMC溶液中,气弹长度均随气速的增加而增加,随液速的增加而减小。管径对气弹长度分布的影响尤为显著,但液弹长度分布对管径变化影响并不敏感。并从雷诺数的变化,尾迹区的长度以及发展段长度对气弹长度分布变化进行了解释。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 文献综述
• 1.1 气液两相流的基本特征
• 1.1.1 两相流的主要流型特征及区分
• 1.1.2 弹状流向翻腾流转变机理
• 1.2 弹状流的统计研究
• 1.2.1 液弹长度分布的关系式
• 1.2.2 气液弹长度分布的统计研究
• 1.2.3 弹状气泡的聚并以及尾迹区特征
• 1.2.4 尾迹区长度及最小稳定液弹长度
• 1.3 非牛顿流体弹状流的一些基本的研究
• 1.3.1 非牛顿流体中弹状流气泡形状及尾迹区流场
• 1.3.2 高聚物溶液性质
• 1.4 用电化学方法研究近壁面流体的特性
• 1.4.1 电化学法测量近壁面处的传质系数
• 1.4.2 电化学法在弹状流研究中其他方面的应用
• 1.5 弹状流在增强传质过程中的运用
• 2 试验原理
• 2.1 极限扩散电流法
• 2.1.1 极限扩散电流法测定传质系数原理
• 2.1.2 极限电流法其它方面的用途
• 3 实验研究及数据处理方法
• 3.1 实验装置与流程
• 3.2 气液弹长度的计算方法
• 3.3 传质系数的计算方法
• 4 结果与讨论
• 4.1 弹状流中壁面传质系数的研究
• 4.1.1 液体表观速度对壁面传质系数的影响
• 4.1.2 气体表观速度对壁面传质系数的影响
• 4.2 垂直上升管内液弹长度分布的统计研究
• 4.2.1 管内不同位置处液弹长度分布研究
• 4.2.2 气液表观速度对液弹长度分布的影响
• 4.2.3 气弹速度跟前方液弹长度的关系
• 4.3 非牛顿流体介质内弹状流的气液弹长度分布统计研究
• 4.3.1 CMC溶液的一些基本性质
• 4.3.2 溶液黏度对气液弹长度分布的影响
• 4.3.3 气液速对气液弹长度分布的作用
• 4.3.4 管径对气液弹长度分布的影响
• 4.3.5 分布的假设检验
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢
• 大连理工大学学位论文版权使用授权书