氣液系統(tǒng)移動(dòng)界面?zhèn)髻|(zhì)現(xiàn)象研究.pdf

1、為了了解氣液界面?zhèn)髻|(zhì)過程特性、探討傳質(zhì)理論，以便更好指導(dǎo)工業(yè)生產(chǎn)，本文通過實(shí)驗(yàn)研究了氣液兩相在流動(dòng)條件下跨界面?zhèn)髻|(zhì)過程中液相近界面的濃度分布、流體流動(dòng)現(xiàn)象，以及兩者對(duì)界面?zhèn)髻|(zhì)的影響規(guī)律。 首先采用實(shí)時(shí)激光全息干涉系統(tǒng)對(duì)氣液并流條件下，傳質(zhì)過程中液相內(nèi)傳質(zhì)現(xiàn)象和規(guī)律進(jìn)行了定性觀測(cè)，并對(duì)傳質(zhì)達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)的近界面濃度場(chǎng)進(jìn)行了定量測(cè)量。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，氣液傳質(zhì)過程中廣泛存在著界面湍動(dòng)和周期性脈沖爆發(fā)兩種不穩(wěn)定性現(xiàn)象。文中對(duì)每種擾動(dòng)現(xiàn)象的成因進(jìn)行

2、了分析，并研究了脈沖爆發(fā)現(xiàn)象的規(guī)律性、主要控制因素及其對(duì)氣液傳質(zhì)的貢獻(xiàn)。穩(wěn)態(tài)時(shí)的定量測(cè)量結(jié)果給出了不同條件下近界面的濃度分布，得到了在傳質(zhì)方向上濃度分布呈指數(shù)下降規(guī)律。并測(cè)定了濃度邊界層厚度、膜厚度隨氣、液雷諾數(shù)的變化情況。添補(bǔ)了兩相流動(dòng)傳質(zhì)體系中近界面濃度場(chǎng)信息方面的欠缺。文中還進(jìn)一步根據(jù)定量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，由雙膜理論分析，建立了一個(gè)預(yù)測(cè)不同氣、液雷諾數(shù)下傳質(zhì)系數(shù)的簡(jiǎn)捷方法，并利用其他物系的實(shí)驗(yàn)結(jié)果及前人的數(shù)據(jù)對(duì)提出的方法進(jìn)行了驗(yàn)證，其結(jié)果

3、與相似流動(dòng)條件下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合較好，證實(shí)了這一半經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式的可靠性。 其次，為研究傳質(zhì)過程中流體力學(xué)因素的影響，文中采用了激光多普勒測(cè)速系統(tǒng)對(duì)液相流場(chǎng)的瞬時(shí)動(dòng)力學(xué)特征進(jìn)行了測(cè)量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，氣液界面上脈動(dòng)速度并非是各向同性的。實(shí)驗(yàn)?zāi)M裝置內(nèi)的時(shí)均速度可分成為層流底層、湍動(dòng)主體和氣液近界面三個(gè)區(qū)域，近界面區(qū)出現(xiàn)了最大時(shí)均速度現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)分別得到了每個(gè)區(qū)域內(nèi)無因次速度的回歸函數(shù)。文中進(jìn)一步研究了流場(chǎng)速度的自相關(guān)函數(shù)、譜函數(shù)、特征尺度

4、等統(tǒng)計(jì)性質(zhì)，分別獲得了存在和不存在脈沖爆發(fā)時(shí)的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)特性，并由漩渦池模型得到了兩種情況下流場(chǎng)所產(chǎn)生的局部傳質(zhì)系數(shù)。結(jié)果表明脈沖爆發(fā)區(qū)域到達(dá)界面時(shí)的傳質(zhì)系數(shù)要明顯增高，應(yīng)給予充分考慮。 最后，將上述實(shí)驗(yàn)得到的近界面濃度分布和速度分布加以耦合，對(duì)氣液兩相流動(dòng)吸收過程中的液相傳質(zhì)系數(shù)進(jìn)行了研究。建立了基于微元衡算獲得液相傳質(zhì)系數(shù)的基本實(shí)驗(yàn)方法，并按照此方法求得了不同操作條件下較為準(zhǔn)確的傳質(zhì)系數(shù)。然后，充分考慮流動(dòng)傳質(zhì)過程中的脈沖爆發(fā)