关于气液传质界面湍动效应的研究

论文摘要

在传质过程中，由于在界面产生密度梯度和表面张力梯度，界面液体可能会产生界面湍动效应。界面湍动效应加速了表面液体的更新，是强化传质过程的一个有效途径，研究界面湍动效应对于促进其实际应用具有十分重要的意义。通过建立双光路纹影仪实验系统，对单组分吸收解吸二氧化碳传质过程与双组分传质过程在平行与垂直于界面两个方向对流结构的纹影图像同时进行了观察。观察结果表明对流结构的纹影图像在水平与竖直方向同时发展，任何一个方向纹影图像结构的变化会影响其他方向的纹影图像。两个方向的纹影图像受液层高度与物系组成等因素的影响。垂直界面对流结构的纹影图像表明静止膜理论假设的不准确性，传质过程中的界面湍动效应能增大界面液体的更新率，可强化传质，在传质过程的研究中，需要考虑界面湍动效应的影响。通过对纹影仪系统的标定与乙醇-水、丙酮-水折射率的测量，对其纹影图像做了定量分析，结果表明在传质初期的较大浓度梯度是产生界面湍动效应的原因，水平方向浓度梯度导致的表面张力梯度作用使对流结构在界面切向上发展，竖直方向上的重力梯度作用使界面湍动在竖直方向上发展，液相主体也存在浓度梯度较大的区域，说明静止膜理论假设的不准确性，在传质过程的研究中需要考虑界面湍动效应的影响。界面湍动效应的二维数值模拟计算表明由于界面传质的不均匀性，局部界面浓度的减少导致的扰动会破坏界面原有的平衡态，由于界面传质的不均匀性，各个区域传质的速率大小不一，相应的气相浓度也存在大小不一的区域。由于界面湍动效应破坏了界面原有的平衡态，界面附近液体出现速度大于零的区域。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 文献综述
• 1.1 引言
• 1.2 界面湍动现象的研究
• 1.2.1 界面湍动现象的实验观测
• 1.2.2 界面湍动效应对传质效率的影响
• 1.3 界面湍动现象的理论分析
• 1.3.1 线性稳定性理论
• 1.3.2 非线性理论分析
• 1.3.3 数值计算
• 1.4 传质理论
• 1.4.1 早期经典传质理论
• 1.4.2 经典传质理论的修正与发展
• 1.5 界面湍动效应的研究意义与前景
• 符号说明
• 第二章 传质过程界面湍动效应的实验观察
• 2.1 实验装置的构成原理及建立
• 2.1.1 纹影仪工作原理
• 2.1.2 点光源纹影仪与面光源纹影仪
• 2.1.3 双光路纹影仪
• 2.1.4 实验设备
• 2.1.5 实验原理
• 2.1.6 实验流程及操作
• 2.2 传质过程纹影图像的观察
• 2.2.1 纯溶剂挥发时界面湍动效应的观察
• 2.2.2 单组分吸收、解吸 CO2传质过程对流结构观察
• 2.2.3 双组分扩散过程对流结构观察
• 2.3 结论
• 符号说明
• 第三章 传质过程界面湍动效应的定量分析
• 3.1 纹影仪定量分析的原理
• 3.1.1 纹影仪定量分析的原理
• 3.1.2 溶液折射率的测定与 k 值的确定
• 3.1.3 常数 C 的标定
• 3.2 浓度梯度的测量
• 3.2.1 乙醇水平均浓度梯度的测量
• 3.2.2 丙酮水平均浓度梯度的测量
• 3.3 结论
• 符号说明
• 第四章 界面传质湍动效应的数值计算
• 4.1 引言
• 4.2 物理模型及网格划分
• 4.3 数学模型
• 4.3.1 基本控制方程
• 4.3.2 源项的确定
• 4.3.3 初始条件与边界条件
• 4.4 数值计算结果
• 4.5 结论
• 符号说明
• 第五章 结论与展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢