氣液傳質過程中界面對流的研究.pdf

1、氣液傳質過程中界面對流的氣液傳質過程中界面對流的研究研究TheStudyofInterfacialConvectionintheProcessofGasLiquidMassTransfer學科專業(yè)：化學工程研究生：于海路指導教師：曾愛武副研究員天津大學化工學院二零一四年六月摘要在許多化工相際傳質過程中，由于相界面處的流體物性的改變，會產生由密度梯度驅動的Rayleigh對流和界面張力梯度驅動的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、萃取和精餾等傳質分離過程具有重要意義。文中建立了一套氣液傳質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傳質過程中產生的Rayleigh和Marangoni對流，觀察到了界面對流的整個發(fā)展與演化過程。紋影觀察的結果表明吸收和解吸傳質過程都經歷分子擴散為主導和對流擴散為主導的兩個傳質階段。吸收過程中界面在傳質初期較為平穩(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)展的羽狀對流結構，并在傳質后期變?yōu)榛煦缃Y構；解吸過程中界面在傳質初期較為平穩(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構，并隨時間聚合發(fā)展變大，但由于浮力效應的存在，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過程中的濃度分布以及傳質速率等信息

4、。定量的結果表明吸收和解吸傳質過程的傳質速率在分子擴散階段非常緩慢，進入對流擴散階段后，傳質速率先增大后降低。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，驅動著界面流體的運動，并耦合浮力效應，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，內部濃度小的分布，促