活性粒子强化剪切稀化流体扩散传质规律研究

选用典型模型大肠杆菌代表活性粒子,改变温度、悬浮液中菌数浓度、羧甲基纤维素钠(CMC)质量分数以及细菌活性(活菌和死菌),测量Rhodamine B在不同条件下剪切稀化流体基中的扩散系数。结果表明,大肠杆菌的加入可以有效强化Rhodamine B在剪切稀化流体基中的扩散;扩散系数与悬浮液温度和细菌菌数浓度呈正相关,而与CMC质量分数呈现出负相关;Rhodamine B的活性扩散系数与温度和菌数浓度呈正相关。均方位移随时间的变化图像表明,Rhodamine B在当前实验的时间段内表现为亚扩散行为,且随着扩散时间延长扩散指数变大。

铁棍山药片热风干燥过程中传热传质规律

[目的]探明热风干燥过程中铁棍山药片的传质情况,以及干燥空间和山药片的传热情况。[方法]选用7种薄层干燥数学模型对山药片热风干燥曲线进行拟合,找出最适传质动力学模型;测定不同温度下山药的导热系数和比热容,在此基础上利用ANSYS软件模拟热风干燥过程中干燥空间温度场变化和山药片温度变化。[结果]Modified Page模型能准确预测不同热风温度条件下山药片的水分变化情况(R2为0.998 96~0.999 86)。热风干燥过程中干燥室空间温度总体呈水平面上距进出风口近处温度高,远处温度稍低,竖直面上呈上高下低的状态,但温差均不大。热风干燥过程中山药片中心处温度最低,外表面温度最高,内外层温差逐渐缩小,前期温度变化较快而后期缓慢,实测值与模拟值间的温差最大达7.75℃,最小仅为0.07℃,说明模拟结果准确度较高。[结论]Modified Page模型和ANSYS软件能够准确模拟热风干燥过程中山药片的传热传质。

水平对置撞击流反应器强化液-液萃取及传质特性

为了研究撞击流技术强化水相从煤油相中萃取乙酸,考察操作条件和溶液性质对萃取效果和传质特性的影响,测定液滴分散程度,利用响应面法优化萃取工况。结果表明:随煤油相进口体积流量和相比(水相与煤油相的体积流量比)的增加,分散相液滴粒径分布范围先缩小后扩大,Sauter平均直径d32先减小后增大。萃取率和总体积传质系数随煤油相进口体积流量的增加、水相黏度的增加和表面张力的减小而先增大后减小,随相比的增加呈先增后减再增加的趋势。各因素对萃取率的影响程度为:相比>煤油相进口体积流量>十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)质量浓度,且交互作用显著。最佳工况下萃取率为93.11%,较传统萃取工艺提高了5.11%。

单气泡气液传质系数测量实验系统开发

传递过程原理是化学工程与工艺专业的核心课程之一,其中质量传递相关知识是该课程的重点和难点,而理论和实践相结合的方法是提升课堂教学效果的可行途径。设计并开发了一套基于方腔流的单气泡气液传质系数测量实验系统。将质量传递的基础理论知识和计算机图像识别技术充分结合,探索气液传质过程的影响因素。实验结果表明,增大循环体积流量和提高温度均有利于气液传质。该实验可作为传递过程原理课程理论学习的有益补充,培养学生对化工过程典型现象的科学思考和分析能力。

波纹结构液氮脉动热管传热传质特性研究

低温热管换热器是天然气液化系统中的关键装置,液氮脉动热管作为其核心器件具有体积小、换热效率高等特性,可有效克服系统冻堵及设备紧凑等问题,然而开展相应实验难度较大,因此通过数值模拟方法研究其内部传热传质规律具有重要意义。首先,文章通过UDF(User-Defined Functions)编写自适应相变模型,研究了典型液氮脉动热管的传热传质特性。随后,在冷凝段优化设计了波纹结构,结合相态分布与轴线温度方差值,对比分析了充液率为50%情况三种液氮脉动热管传热传质特性,结2果表明5 mm波纹结构热管两侧方差值为51.49 K与99.22 K2,工质循环速率较快且轴线温度分布均匀。最后,研究了充液率分别为30%、50%与70%情况下5 mm波纹结构的脉动热管的传热性能。结合相态、温度及轴线温度分布分析得出充液率过高或过低均会导致热管内部产生液塞,充液率较高时,轴线温度均匀分布,热管充液率为70%时,综合性能最佳。

利用纳滤传质模型定量计算迷迭香酸分子状态的实验教学设计

该文设计了利用纳滤传质模型定量计算迷迭香酸分子状态的教学实验。实验以丹参中代表性的酚酸为研究对象,计算了迷迭香酸的纳滤膜通量、传质系数和截留率,构建了迷迭香酸分子态比例定量计算数学模型,对制药过程中的醇沉、树脂吸附、澄清过滤、浓缩、干燥等工艺的转移率和成分存在状态进行了相关性分析,研究了制药工艺成分量值传递的内在机制。实验结果表明,迷迭香酸存在状态对制药工艺中的成分转移率有重要影响。这一结论对提升生产过程的规范化和标准化很有意义。本实验与制药生产热点问题相结合,通过科研反哺教学,有助于增强学生的科研素养和实践能力,并实现科研应用与教学拓展的协同提升。

气体液体相变传质过程的模拟与控制研究

文章采用数值模拟和实验模拟相结合的方法,对气体液体相变传质过程进行了全面分析。研究结果表明,通过精确控制流速、温度和压力等参数,可以实现对气泡尺寸和分布的有效调控,从而优化传质效率。在微通道反应器中,弹状流和泡状流的不同流型选择可适应不同的反应需求,提升了反应速度与调控进度,进一步证实了工业过程中控制策略的有效性。通过持续优化和创新,有望推动工业过程的高效、安全和可持续发展。

混合澄清槽中硝酸传质对分散相存留分数的影响

混合澄清槽是一种重要的液-液萃取设备,分散相存留分数是混合澄清槽混合室中的一个重要水力学参数。传质条件下分散相存留分数的变化情况是一个重要的研究方向。针对2套不同尺寸的混合澄清槽开展了水力学和硝酸传质实验。获得了水力学条件下泵轮转速、两相流比、料液停留时间对于分散相存留分数影响的实验结果。在传质条件下,发现2套混合澄清槽的级效率均>90%。该研究条件下传质通量集中在10-5~10-4数量级,在该数量级上传质通量很难对水力学性能产生影响,上述计算结果解释了传质条件下分散相存留分数未出现明显变化的根本原因。

亚毫米气泡和常规尺寸气泡气液两相流流动与传质特性对比

通过实验和数值模拟系统研究了亚毫米气泡鼓泡塔与常规鼓泡塔在流动和传质特性上的区别,并建立了适用于亚毫米气泡气液两相流流动和传质过程的数值模拟方法。研究结果表明,相比常规鼓泡塔,相同操作条件下亚毫米气泡鼓泡塔的气泡尺寸分布更窄,平均尺寸降至前者3%左右,气含率提高2倍以上,比表面积提高2个数量级。另外亚毫米气泡气液两相流中气液径向分布更均匀,轴向返混程度更小。亚毫米气泡鼓泡塔的相界面积是强化传质的关键控制因素,其液相传质系数虽低于常规鼓泡塔,但依靠巨大的相界面积,其体积传质系数是常规鼓泡塔的10倍左右。针对大规模鼓泡塔反应器的模拟结果也表明,亚毫米气泡可使反应器达到更均匀的气含率分布,受初始气液分布的影响小。

中空纤维膜臭氧接触式反应器传质机理分析

将疏水性聚四氟乙烯(PTFE)中空纤维膜组装成膜接触器,开发了膜接触式臭氧(O_(3))传质技术。对比了气泡传质和膜接触传质的差异,通过O_(3)传质模型和阻力模型对该技术的主要影响因素和传质机理进行了研究。结果表明,O_(3)可以有效地通过疏水性PTFE膜进行传质,当搅拌速度达到1500r/min时,膜传质的表观传质系数(0.3049min-1)与气泡传质(0.3109min-1)相当。同时,膜表面的疏水结构将尾气的湿度降低到0.8g/m^(3)以下,远低于气泡传质(>11.5g/m^(3)),符合进入臭氧发生器的标准,具备回收氧气的可行性。O_(3)的传质通量受液体流速、p H、污染物浓度、气体流量以及进气O_(3)浓度的影响。在pH=11、苯酚浓度为0或pH=7、苯酚浓度为20mg/L时,传质通量达到了0.16g/(m^(2)·h)。O_(3)传质过程的传质阻力主要由膜阻力和液相阻力组成,而通过液相条件控制可以有效减小液相阻力,因此进一步降低传质阻力需要膜技术的发展。

强制对流对高压套管油介质中乙炔分子传质过程的影响

为优化对高压套管进行油中溶解气体分析时的取样质量,提升分析结果的代表性和准确性,提出一种对高压套管中的绝缘油施加强制对流的方法,通过向绝缘油施加速度场促进油中溶解气体的传质过程,进而改善油中溶解气体分析的取样质量。从仿真计算和实验验证2个方面对绝缘油中溶解乙炔气体传质过程进行研究。首先分析无强制对流情况下气体的传质过程,并测量气体从故障源到取样口的时间;然后分析在强制对流情况下气体的传质过程并测量了传质时间,在此基础上讨论气体传质时间缩短的原因;最后探究不同强制对流动作周期对传质过程影响的程度。研究成果能够为高压套管在线监测装置的研发提供参考。

超声、红外耦合热风干制可得然胶传质模型构建及品质分析

目的:采用超声、红外耦合热风干制可得然胶,探究多物理场下可得然胶干制机制和品质变化,开发可得然胶绿色干制技术。方法:以可得然胶湿胶为材料,采用单独热风、超声耦合热风、单独红外、红外耦合热风四种技术干制可得然胶,构建含温度变化的传质模型,分析理化品质。结果:单独热风干制可得然胶需40 min,超声耦合热风干制、单独红外干制以及红外耦合热风干制的时间分别缩短至36、26、22 min。构建耦合温度变化的传质模型可较准确预测干制过程中可得然胶内部水分变化,红外耦合热风处理下可得然胶内部水分扩散系数范围为9.79×10^(-9)~9.81×10^(-9) m^(2)/s,表面传质系数为4.69×10^(-2) kg water/(m^(2)·s),均高于其他处理组,其次为单独红外干制、超声耦合热风干制、单独热风干制。四种方法干制的可得然胶凝胶强度、葡萄糖含量、表面化学功能团、晶体结构、热稳定性接近。结论:综合考虑可得然胶干制效率、品质,与单独热风和超声耦合热风相比,红外干制是一种高效的可得然胶干制方法。

CO_(2)捕集过程中气液传质强化研究进展

CO_(2)捕集是实现碳中和的托底性技术。化学吸收法是最具商业化潜力的技术之一,而吸收过程中气液传质强化是影响CO_(2)捕集效率、能耗和成本的重要因素。针对新的气液传质强化模式,从微流体强化、引入额外能量场、引入第二相介质和微界面振荡技术全面总结和回顾了近年来的强化CO_(2)吸收手段和研究现状,重点关注微界面振荡技术的原理和研究方法,考察了不同强化手段的优劣势,为推动碳捕集过程中气液传质强化发展提供参考。

骨陷窝-骨小管中不同分子在重力场下的传质研究

目的骨陷窝-骨小管系统(LCS)是一种微米级复杂管网结构,维持了骨细胞信号分子、营养物质和废物的有效传输。在太空飞行的宇航员和老年骨质疏松的机理中,LCS的独特传输方式可能发挥着关键作用。这一研究为深入理解LCS传质规律、骨质疏松治疗提供了新思路。方法以天然的LCS结构为研究对象,采用分子量分别为376 Da、20 k Da和150 k Da的小、中、大3种示踪剂,用骨细胞处荧光量表述传质效果,系统研究了这3种分子在正常和超重力环境下的传质效果。结果骨陷窝的荧光强度随着距离哈弗氏管的增加而逐渐减弱。对比不同分子的传质情况,小分子示踪剂表现出较高的传输速率,而大分子示踪剂传输速率较低。在超重力条件下,示踪剂向深层传质的荧光量增加,中分子示踪剂的变化最显著;此外延长传质时间也被证明能够促进大分子示踪剂向更深层陷窝传质。结论超重力促进了不同大小分子的LCS传质。反之,随着重力场的大小的降低,尤其是微重力时,骨细胞周围的液体动力学变化,LCS的传质会受到很大程度的抑制。导致深层骨细胞缺乏营养,刺激了破骨细胞的吸收,加剧了骨丢失,进而发生骨质疏松。

缩口T型微通道内纳米流体吸收CO_(2)的流动与传质研究

构建了一种气相缩口的T型微通道,研究了二氧化硅(SiO_(2))纳米流体吸收CO_(2)过程的气液两相流动与传质性能。在实验范围内,观察到了泡状流、串珠流、紧密弹状流和弹状-环状流。随着气相流速的增加,泡状流的气泡生成频率f和比表面积a快速增大,串珠流的f和a变化很小,紧密弹状流的f和a逐渐减小。随着连续相和分散相流速的增大以及纳米颗粒浓度的升高,液侧体积传质系数均表现出增大的趋势。与等宽T型通道相比,缩口T型微通道的最大比表面积增幅达29.6%。结果表明气相入口的缩径效应可有效提高气液两相流的传质面积,有利于气液传质性能的改善和提高。

质子交换膜燃料电池随行波流场设计与传质特性

为了提高质子交换膜燃料电池(PEMFC)的膜电极的传质性能与电池的功率密度,设计了一种以圆弧凹面作为强化传质结构的随行波流场板。结合铣削工艺,实现了随行波流场结构的制造。采用计算流体动力学软件,建立包括随行波流场与膜电极在内的燃料电池三维模型。实验验证了该模型的准确性。探索了强化传质结构对电池内部速度场、浓度场及电场的分布规律,分析了电池性能的提升效果。结果表明:与流道深宽0.6 mm×0.8 mm的常规流场相比,该文的随行波流场的平均流速提升了27.7%,压损降低了19.2%,双极板—气体扩散层界面的氧气含量提升了1.44%,出口的排水速率增大16.7%,功率密度提升了8.6%。

电控离子选择渗透技术盐湖提锂传质模型

电控离子选择渗透(ESIP)是一种新型离子分离技术,可实现在复杂盐溶液中连续高选择性提取痕量目标离子。本工作研究了外加电场和电活性位点耦合作用下锂离子(Li+)在ESIP膜内的传质行为,引入电活性位点浓度参数对离子在膜相中的电化学势进行修正,提出修正的Donnan模型,结合电解质溶液电中性假设、界面电化学势守恒和法拉第定律,以Nernst–Planck方程为理论基础,建立了一维ESIP锂离子传质模型。重点研究了外加电场、接收液浓度、膜内电活性位点浓度以及膜厚4种参数对Li+在ESIP膜内传质过程的影响,为ESIP分离技术的生产放大提供依据。

光电分解水制氢气泡动力学特性及其传质机理研究

光电极表面长时间连续生长的气泡是影响光电分解水制氢效率的重要因素。利用光电化学与气泡动力学多参数同步原位测量分析方法,系统研究了激光功率和电解池内压力对气泡动力学特性和气液界面传质过程的影响。结果表明,不同激光功率和压力下的气泡在脱离之前遵循相似的生长规律。气体质量产率在80 kPa取得极值,表明适当降低压力有利于气体的产生。此外,随着压力降低气泡脱离直径增大,周期缩短。对比考虑不同Marangoni力的力平衡模型,发现同时考虑浓度Marangoni力和热Marangoni力的力平衡模型对气泡脱离直径的预测误差小于5%,浓度Marangoni力是不同压力下影响气泡脱离直径的主要因素。通过求解传质系数,发现在低光电流密度内,不同压力条件下气液传质以单相自然微对流为主,但随着光电流密度的增大,气液界面扩张引起的气泡诱导微对流传质作用增强。

电解液浓度对光电极表面气泡演化及传质特性的影响

在光电化学分解水反应中,气泡会覆盖光电极表面的反应区域,从而影响反应阻抗和气液传质.本文搭建了激光照射系统,并将其与电化学工作站、高速显微成像系统耦合.在不同电解液浓度下(Na_(2)SO_(4),0.1—2.0 mol/L),研究了TiO_(2)析气光电极表面单个氧气泡的演化行为及其传质特性.随着电解液浓度从0.1 mol/L升高到2.0 mol/L,溶液电阻与气泡附加电阻降低,气泡稳定生长阶段的过电势从0.113 V下降到-0.089 V.气泡在成核、生长和脱离阶段会引起过电势的波动,这与液相中溶解气浓度的变化引起的阻抗变化相吻合.通过分析析气效率与气泡覆盖率的关联,发现电解液浓度提高会导致气泡覆盖率和析气效率同步下降.通过计算舍伍德无量纲数,发现总对流传质系数随着电解液浓度的增大而增大;单相自然对流在气体产物传递过程中占据主导地位,其传质系数比气泡诱导对流传质系数大一个数量级.

套管膜式微反应器内高效安全的气液传质-反应过程研究进展

近年来,套管膜式微反应器由于具有传质距离短、气液接触面积大和高透气性等优点,极大地提高了气液传质和反应速度,被视为加快气液传质和流动反应过程的强大工具。目前,套管膜式微反应器已被应用于建立快速准确的气液体系基本参数流动测量平台、实现高效安全的气液反应过程和强化气体介导的生物酶催化反应过程。详细介绍了套管膜式微反应器的构造、组装和操作方式,重点概述了该反应器在不同气液传质-反应过程中的最新研究进展。最后,结合当前的研究热点,展望了套管膜式微反应器的进一步开发方向和未来潜在的应用领域。