液-液两相液层间传质过程的Rayleigh-Bénard-Marangoni对流特性

传质引发的Rayleigh-Bénard-Marangoni对流(RBM对流)对化工传递过程有着显著影响.但是,已有的相关研究多集中于气-液体系,并且有限的针对液-液体系的相关研究尚缺乏对RBM对流演化及其引发的界面扰动行为的深入分析.因此,本文基于阴影法设计搭建了竖直狭缝内液-液两相液层间传质过程的RBM对流特性可视化实验平台,并实验观测了水-甲苯-丙酮三元体系中丙酮组分扩散传质时出现的RBM对流结构以及其向下层水相主体的发展演变过程,探讨了水相丙酮初始浓度、甲苯相丙酮初始浓度以及甲苯层厚度对RBM对流特性和液-液界面形貌的影响.研究表明:在Rayleigh-Taylor不稳定性作用下,水相上层密度(重力)分层"界面"下凸沉降形成波浪形丘状"界面",并随着"界面"处密度与压力失调的加剧而演变成羽状流;因羽流区"界面"不同浓度梯度引起的传质特性差异,羽状流又可以演变成弱羽状流和强羽状流两种形态;当丙酮浓度梯度增大到一定程度后,近界面处短时间内产生大量RBM对流结构,且结构间相互影响增强而聚并成对流团,并随着传质过程的进行,逐渐演变成独立的强羽状流; RBM对流强度与上下液层丙酮浓度梯度大小呈正相关关系,且液-液界面粗糙度及其非稳态波动随着丙酮浓度梯度的增加而增大.     

液幕式吸收塔中传质模型研究

对液幕式吸收塔脱硫性能进行了实验研究,研究了烟气流量、循环浆液量、浆液浓度,喷嘴阵列形式等参数对脱硫性能的影响,合理选择装置结构和运行参数时,脱硫效率可达90%以上;提出了液幕式吸收塔中当量传质面积的计算方法,建立了液幕式吸收塔的传质模型,得到了液幕式吸收塔的传质系数关于气相和液相雷诺数及喷嘴阵列的经验关系式。     

液-液界面上折射声束位移的实验验证

对折射波束在液-液界面上的现象进行了数值和实验研究，结果表明：当声束从声阻抗大的介质入射到液-液界面上时，折射声束会存在反向位移现象。     

超声空化引起界面湍动促进的传质机理

本文分析了超声空化引起界面湍动对传质过程的影响,提出了相界面上超声空化气泡析出增强边界层液体湍动并促进传质的机理,在传质理论和流体动力学原理的基础上,建立了超声空化引起界面湍动促进的传质机理模型,获得了超声空化引起界面湍动促进的传质系数表达式。实验结果验证了模型的合理性。该模型既证实了超声对传质有强化效应,又对传质过程有很好的预测功能,为工业化提供了理论依据。     

CO2吸收过程Rayleigh对流传质特性格子-Boltzmann模拟

在化工吸收过程中，浓度梯度导致的Rayleigh对流对气液界面传质具有重要影响，但其强化传质机理尚不明确。本文采用格子Boltzmann方法研究乙醇与甲醇吸收CO2过程Rayleigh对流传质特性，将模拟图像与实验观测结果进行对比，并采用不同传质模型对气液传质通量进行分析。结果表明：模拟得到的Rayleigh对流结构形状、形态演变等与实验结果具有良好的一致性；界面传质扰动是Rayleigh对流发生的必要条件，在扰动强度10^-6≤C_D≤10^-5kg/m³区间内，Rayleigh对流临界时间与理论预测值的最大误差约10%;Rayleigh对流的发生及演化过程可分为三个阶段：扩散传质阶段、Rayleigh对流起始阶段、Rayleigh对流演化阶段；对气液传质通量进行预测时，表面散度模型的预测效果优于小涡模型，但表面散度模型预测结果与模拟传质通量具有1 s的相位差，速度与浓度场并不完全同步；基于Rayleigh对流发生及演化过程的分阶段性，提出混合模型描述Rayleigh对流传质特性，该模型对传质通量预测的...     

氨水吸收式制冷系统及关键设备的研究综述

氨水吸收式制冷是一种绿色环保、节能减排的制冷技术。文中研究了国内外在系统整机方面的最新研发成果,分析这些设备的运行情况。分别从制冷系统优化设计、吸收器内气液传热传质的强化方法和途径、气液界面Marangoni效应和流体形态对传质影响这四个角度,详细论述了国内外高校与科研单位近年来的研究成果。     

气液团状流内界面波运动模型研究

为了揭示团状流中夹带液滴的产生机理,本文建立了气液团状流内界面波运动模型。该模型可以预测界面波沿壁而的运动规律及界面波特性(波幅、波速)的变化特点,理论解释团状流扰动性大的特点。结果表明:当气速较小或液速较大时,界面波在运动过程中存在反转现象,当进入环状流时,反转现象消失。界面波波速与最大波幅均随气、液速度的增大而增大,而临界波幅主要受气速的影响。通过与实验结果对比,证明该模型可以较好地反映界面波在团状流条件下的运动特点。     

SPH方法气-液界面边界条件研究

针对界面附近粒子光滑函数截断和非物理穿透问题,提出一种气-液界面边界条件的处理方法.当界面附近支持域出现不同材料粒子,每步计算可在支持域设置虚粒子,按照密度分配方法给虚粒子物理量赋值,并对界面附近粒子引入气-液两相阻力.采用SPH方法和Level-Set方法,计算运动激波对气-液界面作用问题,两者计算结果一致,初步验证了气-液界面边界条件处理的适用性.用SPH方法分别计算超声速气流中的圆截面液柱绕流和下落问题,界面两侧粒子压力和法向速度连续,给出弓形激波、回流区和下游回流区等定性合理结果.表明本文方法可适度避免界面附近流体粒子光滑截断和粒子非物理穿透现象、界面附近流场数值振荡.     

核磁共振成像技术在液-固-液界面接触角测量中的应用

介绍了利用核磁共振成像的办法获得一般光学方法难以得到的水-破璃-油界面、水-玻璃-苯界面影像的实验工作,并利用得到的图像拟合了其界面接触角的值.实验中首次将核磁共振断面成像的办法应用到接触角影像分析中去,并且作了从气-固-液接触角测量到液-固-液接触角测量的有益尝试.     

一种新型液-液界面全内反射分光光度测定装置

设计了一种简便的适用于油相密度大于水相 (水上油下 )的液 -液界面全内反射分光光度测定装置。入射光经过棱镜折射和油水界面反射后 ,再经过比色皿底部的玻璃 -空气界面反射回油 -水界面 ,如此反复一定次数后 ,最后经棱镜折射进入检测器。发生全反射的次数可以通过改变油 -水界面的高度来调整 ,以获得适当的灵敏度。利用本装置测定了金胺 O在 CCl4/ H2 O界面的吸收光谱 ,并与在溶液中的情况进行了比较。     

汽液界面热毛细波的分子动力学模拟

用分子动力学模拟方法研究汽液界面性质,在NVT系综中,以氩原子为对象,对长方形模拟盒中汽液平衡系统进行不同温度下的模拟计算。计算结果表明,汽液界面存在热毛细波。界面上的热涨落将使界面变宽,它不仅与界面张力有关,还与温度、界面的横截面积有关。可以把汽液界面上热毛细波的均分根涨落值,作为汽液界面的宽度和粗糙度的指标。     

汽液界面厚度和分维数

本文应用分子动力学模拟方法进行了汽液界面厚度和分维数的模拟研究。用统计系综方法,以氩原子为对象,对长方形模拟盒中粒子数目为2048个的汽液平衡共存系统进行模拟计算。研究了一定条件下汽液界面厚度的取定对确定界面分维数的影响,根据计算模拟结果,提出了可用15~85法则确定界面厚度和分维数。汽液界面在X方向、Y方向和Z方向具有不同的分维数,充分说明了汽液界面的各性异性性质。     

广义等温等压系综-分子动力学模拟全原子水的气液共存形貌

探测相变过程中瞬时共存相的形貌等特征对理解其微观机制十分重要.本文应用广义等温等压系综-分子动力学模拟方法,研究全原子水模型的气液两相平衡及相变的中间过程.研究发现,此广义系综方法能够通过持续降温,连续地历经从气态、气液共存到液态的整个相变过程,通过持续升温历经其相反过程,而不会发生标准正则系综中的过饱和热滞现象.该方法不需要使用副本交换等增强抽样方法,因此可以用于较大体系的研究,多个独立的模拟即能获得整个气态液态区的平衡性质及共存相特征.本文还提出了计算气液共存界面面积的新方法,给出了水的气液共存界面形状随温度、压强的变化规律.结果表明,低压时水的气液共存界面因其较大的表面张力而接近球面,符合经典成核理论的描述,但随着压强升高接近其临界压强时,气态和液态的差别减小,界面的表面张力变小,界面形状变为无规则的枝杈结构,表现为二阶相变特征.     

R134a/R245fa非共沸混合工质流动沸腾液膜蒸发特性研究

本文针对水平矩形通道内非共沸混合工质的流动沸腾分层流状态,同时考虑靠近其气液界面处气相与液相浓度边界层的存在,对液相浓度边界层的传质系数进行了修正,构建了对应的流动沸腾液膜蒸发模型,以R134a/R245fa混合工质为研究对象,探讨了不同入口组分质量、质量流速及热流密度等条件下液膜蒸发过程的热质传递规律,以气液相浓度边界层内的组分质量差作为气液相传质阻力的表征,界面温度和主流饱和温度之差为传热阻力的表征,深入分析了传热阻力、传质阻力与混合工质传热特性之间的内在联系.     

存在液膜的毛细蒸发过程研究

采用水浴恒温蒸发方法研究了液膜存在时的毛细蒸发过程. 研究结果表明：毛细蒸发过程中液/气界面符合黏性指延,且不受蒸发速度及液膜状态的影响;蒸发过程可分为剧烈减速、匀速蒸发、线性减速蒸发和边界效应四个阶段,分别对应不同的液膜状态;毛细蒸发的主要区域在毛细管端口液膜处,工质由液体区流向端口蒸发区的过程中液膜起到了通道桥梁作用. 关键词： 毛细蒸发 液/气界面 蒸发阶段 液膜     

接触角与液固界面热阻关系的分子动力学模拟

本文利用分子动力学方法模拟了液体在固体表面的 接触角及液固界面热阻, 并探讨了二者之间的关系. 通过分别改变液固结合强度和固体的原子性质来分析接触角和界面热阻的关系及变化趋势. 模拟结果显示增强液固间相互作用时, 接触角减小的同时界面热阻也随之单调减小; 而改变固体原子间结合强度和原子质量时, 接触角几乎保持不变, 但界面热阻显著改变. 固体原子间结合强度和原子质量影响界面热阻的原因是其改变了固体的振动频率分布, 导致液固原子间的振动耦合程度发生变化. 本文的结果表明界面热阻不仅与由接触角所表征的液固结合强度有关, 还与液固原子间的振动耦合程度有关. 接触角与界面热阻间不存在单值的对应关系, 不能单一地将接触角作为液固界面热阻的评价标准. 关键词： 液固界面 接触角 界面热阻 分子动力学模拟     

图像边界识别法对气液传质理论的实验研究

文章根据双膜理论,分析了气液反应的吸收机理,用图像边界识别法测量亚硫酸盐强制氧化气液反应速率。在测量氧化速率时,让单个氧气泡在亚硫酸钠溶液中反应,用数码相机拍下氧气泡由于反应而不断缩小的照片,用图像处理程序进行分析、识别,最后计算得出氧化速率。实验结果与理论分析结果相同,证明了该方法的正确性及其可以作为气液传质理论研究的测量方法。     

液滴撞击液膜过程的格子Boltzmann方法模拟

本文采用格子Boltzmann方法对液滴撞击液膜过程进行了研究, 主要考察了雷诺数(Re)、韦伯数(We)、相对液膜厚度 (h) 以及表面张力 (σ) 等物理参数对界面运动过程的影响. 首先, 随着Re数和We数的增加, 可以明显观察到液滴撞击液膜过程中形成的皇冠状水花以及卷吸现象; 当Re数较大时, 液体会发生飞溅, 由液体飞溅形成的小液滴则会继续下落, 并与液膜再次发生碰撞. 其次, 当相对液膜厚度较小时, 液滴撞击液膜并最终导致液膜断裂; 然而随着相对液膜厚度的增大, 尽管撞击过程溅起的液体会越来越多, 但是液膜并不会发生断裂. 再次, 随着表面张力的增大, 界面变形阻力增大, 撞击过程中产生的界面形变也逐渐减弱. 最后还发现皇冠(由液滴溅起形成)半径r 随时间满足r/(2R) ≈ α√Ut/(2R), 这一结果与已有结论是一致的.     

Ag／TCNQ纳米双层膜中传质规律研究

采用真空蒸发的方法在玻璃基板上交替蒸发Ag和TCNQ，形成不同厚度的双层膜.利用透 射光谱作为表征，研究了双层膜中的传质规律.发现超薄膜情况时的异常加速传质现象，并 建立隧穿模型对该现象作了微观解释. 关键词： 薄膜 传质 隧穿     

基于格子Boltzmann方法的液液不混溶两相流动数值模拟

具有介观特性的格子Boltzmann方法能够准确方便地捕捉相界面细节,在两相流动领域具有广泛的应用前景.本文在简要介绍格子Boltzmann方法的基础上,利用格子Boltzmann方法的颜色模型对四类经典两相流动问题进行了模拟,界面张力的Laplace定律验证、单液滴松弛过程、两个液滴融合过程、水平通道内不混溶液液两相流动.结果表明,液滴界面张力符合Laplace定律;黏性越大,液滴松弛过程越稳定;界面张力越大,液滴融合速度越快;格子Boltzmann方法能够有效描述液液两相流动的界而信息。研究工作为应用格子Boltzmann方法分析两相流动问题奠定了理论基础.