氣液傳質(zhì)過(guò)程中界面對(duì)流的研究.pdf

1、氣液傳質(zhì)過(guò)程中界面對(duì)流的氣液傳質(zhì)過(guò)程中界面對(duì)流的研究研究TheStudyofInterfacialConvectionintheProcessofGasLiquidMassTransfer學(xué)科專(zhuān)業(yè)：化學(xué)工程研究生：于海路指導(dǎo)教師：曾愛(ài)武副研究員天津大學(xué)化工學(xué)院二零一四年六月摘要在許多化工相際傳質(zhì)過(guò)程中，由于相界面處的流體物性的改變，會(huì)產(chǎn)生由密度梯度驅(qū)動(dòng)的Rayleigh對(duì)流和界面張力梯度驅(qū)動(dòng)的Marangoni對(duì)流。這兩種界面對(duì)流的發(fā)生

2、能夠加強(qiáng)相際傳質(zhì)過(guò)程，故深入研究界面對(duì)流現(xiàn)象對(duì)吸收、解吸、萃取和精餾等傳質(zhì)分離過(guò)程具有重要意義。文中建立了一套氣液傳質(zhì)裝置和一套紋影系統(tǒng)，在垂直于界面方向上考察了乙醇吸收和解吸CO2傳質(zhì)過(guò)程中產(chǎn)生的Rayleigh和Marangoni對(duì)流，觀(guān)察到了界面對(duì)流的整個(gè)發(fā)展與演化過(guò)程。紋影觀(guān)察的結(jié)果表明吸收和解吸傳質(zhì)過(guò)程都經(jīng)歷分子擴(kuò)散為主導(dǎo)和對(duì)流擴(kuò)散為主導(dǎo)的兩個(gè)傳質(zhì)階段。吸收過(guò)程中界面在傳質(zhì)初期較為平穩(wěn)，在密度梯度達(dá)到一定程度時(shí)，界面失穩(wěn)，形成

3、小的Rayleigh對(duì)流。這種小尺度對(duì)流在向下發(fā)展的同時(shí)，也具有水平的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，使得小Rayleigh對(duì)流匯聚成較大的對(duì)流，且逐漸形成向下發(fā)展的羽狀對(duì)流結(jié)構(gòu)，并在傳質(zhì)后期變?yōu)榛煦缃Y(jié)構(gòu)；解吸過(guò)程中界面在傳質(zhì)初期較為平穩(wěn)，在界面張力梯度達(dá)到一定程度時(shí)，界面失穩(wěn)，逐漸形成均勻分布的漩渦狀的對(duì)流結(jié)構(gòu)，并隨時(shí)間聚合發(fā)展變大，但由于浮力效應(yīng)的存在，其界面對(duì)流一直在近界面處發(fā)展與演化。此外還利用定量紋影原理考察了傳質(zhì)過(guò)程中的濃度分布以及傳質(zhì)速率等信息

4、。定量的結(jié)果表明吸收和解吸傳質(zhì)過(guò)程的傳質(zhì)速率在分子擴(kuò)散階段非常緩慢，進(jìn)入對(duì)流擴(kuò)散階段后，傳質(zhì)速率先增大后降低。吸收過(guò)程中較大的密度梯度位于Rayleigh對(duì)流的下端，驅(qū)動(dòng)著對(duì)流的向下發(fā)展運(yùn)動(dòng)，造成了Rayleigh對(duì)流底端中心處濃度大的濃度分布。解吸過(guò)程的定量結(jié)果表明較大的界面張力梯度位于對(duì)流胞型的邊緣和中心處，驅(qū)動(dòng)著界面流體的運(yùn)動(dòng)，并耦合浮力效應(yīng)，形成了近界面環(huán)流的運(yùn)動(dòng)形式。這種環(huán)流運(yùn)動(dòng)造成了對(duì)流胞型邊緣濃度較大，內(nèi)部濃度小的分布，促