CO_(2)多气泡上升过程传质特性的数值分析

为了揭示CO_(2)多气泡上升行为和气液传质过程的相互作用机制,通过VOF(流体体积法)多相流模型结合自定义程序,实现气泡流动与传质的耦合,数值模拟结果表明:CO_(2)多气泡上升过程出现了聚并、破碎、自由上升和排斥等相互作用现象,气泡尾流经历对称脱落、过渡态和周期性脱落3个阶段,气泡初始间距、气泡初始大小和液相物性等因素共同影响着多气泡的运动和传质过程。初始间距较小时气泡易聚并,聚并过程减小了气液接触面积,不利于传质;初始直径较小时气泡运动越不稳定,停留时间长,可以促进气液传质;液相黏度越大阻力越大,抑制了气相在尾流的扩散,不利于传质。

质子交换膜燃料电池均温板散热特性的数值分析

以面向质子交换膜燃料电池电堆散热的超薄均温板为研究对象,用多孔介质传热模型、层流模型和Brinkman方程构建三维稳态数值模型,通过质量守恒确定气液界面的相变传质,研究在吸液芯饱和充液的常规工况下均温板的稳态特性。结果表明:超薄结构以及支撑柱的存在使内部压降较大;随着冷凝段对流换热系数的增大,均温性变差,内部压降也显著增大;随着热流密度的增大,温差先增大后减小,热阻持续下降;孔隙率的变化对平衡终态影响较小;渗透率的增大将极大的降低吸液芯内的液体压降,有利于相变循环。

CO_(2)气泡上升过程及其影响机制研究

针对CO_(2)气泡在纯水中的上升过程,通过高速摄像机捕捉气泡上升时的瞬时图片;通过调节蠕动泵的转速以及选用不同直径的不锈钢管从而获得不同尺寸的CO_(2)气泡;利用Matlab数字图像处理技术提取所产生气泡的直径以及质心位置,得出了不同等效直径下气泡的运动轨迹、瞬时纵横比以及瞬时速度变化。研究结果表明,气泡的瞬时横向速度、瞬时纵横比、横向振幅呈周期性变化,与直径大小无关;其横向振幅与横向速率振幅成正比,并且小直径气泡的瞬时横向速度振荡周期是瞬时纵横比和瞬时纵向速度振荡周期的2倍。针对气泡上升时终速度变化,通过对比不同学者的预测关系式,提出了一个更为精确的终速度预测式。

填料毛细管精馏分离乙酸乙酯-乙醇混合溶液

选用活性氧化铝、分子筛等多种具有毛细管结构的多孔介质填料,比较不同毛细管填料对乙酸乙酯-乙醇混合溶液的分离效果,发现分离效果最佳的毛细管填料为活性氧化铝;以活性氧化铝为填料,分析了乙酸乙酯-乙醇原料溶液中乙酸乙酯的质量分数(w_(F))、回流比(R)、填料高度(H)、精馏温度等操作参数对分离效率的影响规律,寻找出单因素最佳的操作条件为w_(F)=69%、R=3、H=0.45 m,为开发适合工业应用的填料毛细管精馏分离混合溶液技术提供参考。

CO_(2)气泡群上升过程的CFD-PBM模拟

为揭示CO_(2)气泡群在方形鼓泡塔中上升过程的气液两相流行为,采用双流体模型耦合PBM(种群平衡方法)进行数值模拟,考虑气泡间的聚并和破碎现象,与部分实验结果相互对比,验证数值模型具有一定的可靠性,并分析入口气速、塔高宽比和入口分布器结构对气液流动情况、相含率和液相速度的影响,模拟结果表明:气泡群的上升过程出现了周期性的羽流震荡现象,改变气速会影响塔内气泡羽流的震荡程度;流动过程液相发生湍动,随着塔高宽比增大,液相循环模式实现了从“冷却塔”形式到“交错涡旋”的转变;不同入口结构下相含率分布有差异,大入口的震荡更早到来,但震荡持续时间较小入口结构短。研究CO_(2)气泡群的多相流动规律为鼓泡塔的设计和优化提供了理论参考。

填料毛细管精馏传质效率影响因素的数值计算

毛细管精馏通过利用毛细结构内固液分子相互作用力和微孔结构界面曲率影响,改变混合液的气液平衡,实现对共沸溶液的分离。为探究毛细管精馏的操作条件对气液相间传质效率的影响,通过使用CFD数值模拟研究影响乙酸乙酯-乙醇混合溶液相间传质的因素,如气相进口速度、气相进口质量分数和孔隙率。结果表明:气相速度越大,会降低对乙酸乙酯的分离效率;填料孔隙率为0.5时,对乙酸乙酯的分离效果较好;气相进口乙酸乙酯质量分数的增大会降低乙酸乙酯的分离效率。并使用Materials Studio软件对分子间作用力进行计算,结果发现填料与乙醇的结合能较强,进而促进乙酸乙酯的分离。研究对于开发适合工业应用的填料毛细管精馏分离共沸溶液技术具有一定的参考意义。

耦合传质的CO_(2)气泡上升过程数值研究

利用Volume of Fluid(VOF)法对静止水中CO_(2)气泡的上升过程进行数值模拟,采用自定义程序考虑传质过程,研究了不同初始直径的气泡上升过程中瞬时速度、传质系数、CO_(2)溶解量以及气泡传质尾迹的变化。结果表明,气泡上升过程中横向速度周期性变化并且随着气泡初始直径增大,振荡幅度减小,而纵向速度随气泡初始直径增大而增大。在初始直径3.5~6 mm的范围内,随着气泡初始直径增大CO_(2)溶解量增大,其尾流表现为对称态、过渡态及周期性脱落三种状态。初始直径3.5~6 mm的气泡尾流发生转变的临界Re随着气泡初始直径增大而增大,其尾流周期性脱落的频率为17~22 Hz,且脱离频率随气泡初始直径增大而减小。气泡尾流与传质尾迹保持一致,随着气泡初始直径增大,气泡传质尾迹影响的范围也增大。