氣液傳質(zhì)過(guò)程中界面對(duì)流的紋影實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、相際傳遞過(guò)程中溫度或濃度不均勻分布可使近界面流體產(chǎn)生差異，并以此引發(fā)界面對(duì)流：密度梯度驅(qū)動(dòng)的Rayleigh對(duì)流及表面張力梯度驅(qū)動(dòng)的Marangoni對(duì)流。在氣液傳質(zhì)領(lǐng)域，界面對(duì)流能夠在不依靠外部能量的情況下加速流體微元的表面更新速率，促進(jìn)不同濃度的流體進(jìn)行混合，能夠增強(qiáng)傳質(zhì)過(guò)程，對(duì)化工單元操作有重要意義。
　　文中利用紋影系統(tǒng)記錄了氣液傳質(zhì)裝置中的二維傳質(zhì)圖像，分別定性分析了Rayleigh對(duì)流、Marangoni對(duì)流以及Ray

2、leigh-Bénard-Marangoni（RBM）對(duì)流。對(duì)傳質(zhì)紋影圖像進(jìn)行定量分析后，進(jìn)一步研究Rayleigh對(duì)流的引發(fā)與發(fā)展，并表征了界面對(duì)流對(duì)傳質(zhì)過(guò)程的影響。此外，首次獲取了RBM對(duì)流在液層主體中的濃度場(chǎng)，探討了其對(duì)流結(jié)構(gòu)及兩種不穩(wěn)定效應(yīng)間的相互作用。
　　液層的主視紋影圖像表明：在 CO2吸收或解吸的初期，氣液界面下方因溶質(zhì)梯度形成的均勻暗條紋將隨著分子擴(kuò)散逐步向液層主體滲透，并在驅(qū)動(dòng)力克服流體粘滯阻力后出現(xiàn)條紋的變形

3、，繼而形成對(duì)流胞。密度差異驅(qū)動(dòng)的Rayleigh對(duì)流在向主體運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中逐步發(fā)展與匯聚，并形成其典型的羽狀對(duì)流結(jié)構(gòu)。表面張力差異驅(qū)動(dòng)的Marangoni對(duì)流由小的渦狀元胞進(jìn)行聚合與發(fā)展，并在浮力的作用下形成界面環(huán)流結(jié)構(gòu)。有機(jī)水溶液解吸過(guò)程中的RBM對(duì)流引發(fā)后，在界面下方形成了較小流元胞在融合與發(fā)展中變大，并逐步向液相主體發(fā)展，兼具了兩種對(duì)流效應(yīng)的對(duì)流結(jié)構(gòu)特征。
　　定量分析結(jié)果表明：吸收過(guò)程中界面濃度的橫向差異不僅影響了 Rayl

4、eigh對(duì)流的引發(fā)，且相應(yīng)的界面張力梯度在對(duì)流發(fā)展過(guò)程中促進(jìn)了對(duì)流胞的融合。Rayleigh對(duì)流向主體發(fā)展的過(guò)程促進(jìn)了流體的混合降低了液相傳質(zhì)阻力，以真實(shí)的濃度差異為傳質(zhì)推動(dòng)力計(jì)算了吸收過(guò)程中傳質(zhì)系數(shù)的變化，結(jié)果表明界面對(duì)流對(duì)氣液傳質(zhì)過(guò)程有明顯的增強(qiáng)作用。在有機(jī)水溶液解吸中， Rayleigh效應(yīng)與Marangoni效應(yīng)共同作用形成RBM對(duì)流，界面流體表面張力梯度表明，對(duì)流胞中心處較大的張力梯度驅(qū)動(dòng)著兩側(cè)的近界層流體進(jìn)入元胞，加速了流體