氣液傳質(zhì)過程中界面對流的研究.pdf

1、氣液傳質(zhì)過程中界面對流的氣液傳質(zhì)過程中界面對流的研究研究TheStudyofInterfacialConvectionintheProcessofGasLiquidMassTransfer學(xué)科專業(yè)：化學(xué)工程研究生：于海路指導(dǎo)教師：曾愛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)過程中，由于相界面處的流體物性的改變，會產(chǎn)生由密度梯度驅(qū)動的Rayleigh對流和界面張力梯度驅(qū)動的Marangoni對流。這兩種界面對流的發(fā)生

2、能夠加強相際傳質(zhì)過程，故深入研究界面對流現(xiàn)象對吸收、解吸、萃取和精餾等傳質(zhì)分離過程具有重要意義。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)過程中產(chǎn)生的Rayleigh和Marangoni對流，觀察到了界面對流的整個發(fā)展與演化過程。紋影觀察的結(jié)果表明吸收和解吸傳質(zhì)過程都經(jīng)歷分子擴散為主導(dǎo)和對流擴散為主導(dǎo)的兩個傳質(zhì)階段。吸收過程中界面在傳質(zhì)初期較為平穩(wěn)，在密度梯度達到一定程度時，界面失穩(wěn)，形成

3、小的Rayleigh對流。這種小尺度對流在向下發(fā)展的同時，也具有水平的運動趨勢，使得小Rayleigh對流匯聚成較大的對流，且逐漸形成向下發(fā)展的羽狀對流結(jié)構(gòu)，并在傳質(zhì)后期變?yōu)榛煦缃Y(jié)構(gòu)；解吸過程中界面在傳質(zhì)初期較為平穩(wěn)，在界面張力梯度達到一定程度時，界面失穩(wěn)，逐漸形成均勻分布的漩渦狀的對流結(jié)構(gòu)，并隨時間聚合發(fā)展變大，但由于浮力效應(yīng)的存在，其界面對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)過程的傳質(zhì)速率在分子擴散階段非常緩慢，進入對流擴散階段后，傳質(zhì)速率先增大后降低。吸收過程中較大的密度梯度位于Rayleigh對流的下端，驅(qū)動著對流的向下發(fā)展運動，造成了Rayleigh對流底端中心處濃度大的濃度分布。解吸過程的定量結(jié)果表明較大的界面張力梯度位于對流胞型的邊緣和中心處，驅(qū)動著界面流體的運動，并耦合浮力效應(yīng)，形成了近界面環(huán)流的運動形式。這種環(huán)流運動造成了對流胞型邊緣濃度較大，內(nèi)部濃度小的分布，促