氣液傳質(zhì)過程的Marangoni效應(yīng)研究.pdf

1、表面張力梯度導(dǎo)致的表面流體的流動現(xiàn)象通常被稱為Marangoni效應(yīng).本文旨在研究氣液傳質(zhì)系統(tǒng)的Marangoni效應(yīng),以及它對傳質(zhì)過程的強化作用.首先采用激光紋影儀對Maranogni效應(yīng)進(jìn)行了定性的觀測研究.在氣液傳質(zhì)過程中發(fā)生了Marangoni對流現(xiàn)象,其中Marangoni對流結(jié)構(gòu)包括典型的多邊形結(jié)構(gòu)以及無序混亂的界面流動現(xiàn)象,局部表面張力梯度是產(chǎn)生Marangoni對流的主要原因.文章從Maranong不穩(wěn)定性的角度對光學(xué)實

2、驗結(jié)果進(jìn)行了解釋,Marangoni數(shù)(Ma)作為衡量界面對流穩(wěn)定性的參數(shù). 其次,定量研究了降膜流動過程中Maranogni效應(yīng).采用激光多普勒系統(tǒng)對液相流場的瞬時動力學(xué)特征進(jìn)行了測量,以及測量了液相傳質(zhì)系數(shù).實驗結(jié)果說明在液膜流動中存在規(guī)律性的速度擾動,界面的小尺度流動加速了表面更新率,所以Marangoni效應(yīng)的存在可以提高傳質(zhì)速率.測量了氣液逆流降膜流動的液相傳質(zhì)系數(shù),實驗結(jié)果和滲透理論的計算結(jié)果進(jìn)行了比較.當(dāng)Maran

3、goni數(shù)大于臨界值的以后,實驗測量的液相傳質(zhì)系數(shù)k<,L>能夠提高3倍以上.文章分析了Marangoni對流強度對液相傳質(zhì)系數(shù)的影響,采用實驗關(guān)聯(lián)式描述Maranogni效應(yīng)對傳質(zhì)過程的影響.采用Marangoni數(shù)對傳質(zhì)關(guān)聯(lián)式進(jìn)行修正明顯減小了實驗數(shù)據(jù)和理論預(yù)測之間的偏差.第三,使用線性穩(wěn)定性理論分析了傳質(zhì)過程中引發(fā)Marangoni對流的臨界條件.應(yīng)用穩(wěn)定性理論證明了系統(tǒng)中Marangini對流的發(fā)生,以及系統(tǒng)穩(wěn)定性和Sc、Bi數(shù)

4、之間的關(guān)系. 最后,采用CFD方法對伴有Marangoni效應(yīng)的傳質(zhì)過程的流場和濃度場進(jìn)行了模擬研究.使用了基于有限元理論的流體體積法(the Volume of Fluid,簡稱VOF)進(jìn)行追蹤氣液自由表面.采用連續(xù)表面力模型(the Continuum SurfaceForce,簡稱CSF)用于描述氣液界面的動力學(xué)邊界條件.模擬結(jié)果說明傳質(zhì)過程中的小尺度Marangoni旋渦結(jié)構(gòu)強化了傳質(zhì)過程,在模擬研究和實驗數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上對