Numerical investigation of mass transfer behavior of a gas-liquid two‐phase Taylor flow in a microchannel by a volume‐of‐fluid multiphase flow system

The microchannel reactor is the most commonly used microreaction technology,an innovative reaction system developed in recent years.This study investigates the mass transfer behavior of a gas-liquid two‐phase Taylor flow in a microchannel by coupling the volume‐of‐fluid model and the species transport model.The concentration distribution and the volumetric mass transfer coefficient of the gas solute are determined and discussed in detail.The simulation results reveal that the double‐circulation flow influences the concentration distribution in the liquid slug.The highest value is observed at the bubble's surface and decreases rapidly along the vertical direction of the bubble.The increase of bubble velocity leads to a more apparent decreasing trend.The gas-liquid interface renewal rate of the bubble is accelerated with increasing bubble velocity,resulting in an increase in the average mass transfer rate in all regions of the bubble surface with an increase in bubble velocity.The results also indicate that the liquid film area contributes the most to the mass transfer behavior due to the most significant proportion and average mass transfer rate of the liquid film among the bubble.

CMT电弧增材制造铝合金传热传质与熔池行为数值模拟

为研究冷金属过渡(cold metal transition,CMT)电弧增材制造铝合金传热传质与熔池流动特性,基于Fluent软件建立了三维CMT电弧增材制造数值模型.模型中,采用动网格技术模拟焊丝竖直方向上的往复运动,利用流体体积法捕获气/液界面,焓-孔隙率法追踪固/液界面,并施加周期热量输入和阶段电弧力作用来等效电弧放电行为,研究分析了焊道成形传热传质过程与熔池动态行为.结果表明,焊道成形初期,熔池余高和坡度较大,形貌犹如半个球体,成形后期热量积累造成焊道余高后方较前方略小,而后端熔宽较前端略宽;单滴过渡周期内,焊丝机械回抽对熔池表面流动影响最为明显,液桥断裂产生较大反冲作用于熔池;熔池内部则是电磁力作为主导驱动力产生一股顺时针环流,环流随燃弧阶段周期切换而不断加强与减弱,并基本贯穿整个过渡周期,使得熔池内部热对流更加充分.模拟结果与试验结果显示吻合良好.

汽提净化水回用原油电脱盐过程的溶解性有机物转移特征

汽提净化水回用原油电脱盐是炼化企业重要的节水措施。本研究基于气相色谱-质谱和静电场轨道阱高分辨质谱组合分析,从微观层次上探究了汽提净化水回用电脱盐过程的溶解性有机物转移特征。电脱盐过程中,汽提净化水有13种芳香胺类、34种含氮杂环类、13种中长链烷基酚类和1种醚类化合物转移到油相,对油品品质影响轻微,对油品收率有所促进,同时可将电脱盐污水的有机负荷总量降低约50%。原油中的8种环烷酸类、7种含氧杂环类、3种短链烷基酚类、504种低不饱和度的O_(2)、O_(4)、O_(3)S_(1)和N_(1)O_(3)类以及186种高不饱和度的O_(4)S_(1)和N1O_(2)类化合物转移到水相,使得电脱盐污水的有机污染组成更为复杂,急性生物毒性更强。本研究对于掌握高浓度点源污水的水质特性、提高炼化企业污水管控水平具有指导意义。

电弧增材制造传热传质数值模拟技术综述

电弧增材制造过程涉及丝材的送入和熔化,熔融金属向熔池的过渡,熔池中液态金属的对流、凝固和成形。缺陷的形成与电弧增材制造过程中发生的复杂多物理场现象密切相关。因此,需要借助高保真数值模拟技术来深入理解这些物理现象,并将其作为优化工艺条件、制造高质量产品的理论依据。本文综述了电弧增材制造传热传质数值模拟涉及的关键技术,并对未来研究方向进行了展望:首先,介绍了几种典型的热源模型,鉴于电弧增材制造过程中熔池的形成与演变是多种驱动力共同作用的结果,分析了浮力、电磁力、表面张力、电弧压力、电弧剪应力模型对流体流动和熔池表面变形的影响;然后,总结了三种金属过渡模型,包括速度入口填充液态金属、指定位置添加球状质量源项以及直接建立固态金属焊丝;最后,介绍了常用的气液界面跟踪方法。

油包水乳状液体系中水合物生长行为研究进展

油包水乳状液中水合物生长行为的差异会影响水合物的生长速率和生成量,为多相管道的安全运行和流动保障策略的制定带来挑战。本文结合国内外关于油包水乳状液中水合物生成行为的实验及理论研究成果,系统阐述了水合物生成实验研究方法及水合物生长过程常用量化指标,总结了油水体系中油相组成、含水率等因素对水合物生长行为的影响规律,分析了油包水乳状液中水合物的生长机理和量化模型的研究进展。文章指出,油包水乳状液中水合物生成方法和量化指标已较为完善,对影响因素和生长机理的认识正日趋深入。未来应进一步探明多组分复杂体系下的水合物生长动力学行为,并从微观角度深入对油水体系中水合物壳体结构及生长机理的理解,最终建立适用于实际多相管道的水合物生长速率模型。

聚丙烯微孔膜的表面工程

聚丙烯微孔膜的表面工程研究主要涉及:强调膜表面性质的膜过程开发、膜表面修饰与功能化方法的建立和优化、膜表面结构的表征及其与膜分离性能的关联,旨在深化对聚丙烯微孔膜材料表面特性的认识,进而拓展其应用范围.基于聚丙烯微孔膜表面的疏水性,首先简要介绍了气-液两相膜接触器传质行为的理论研究,随后重点总结了聚丙烯微孔膜表面亲水化与抗污染性能研究、表面仿生修饰与生物功能分离膜构建等方面的研究进展.

湿法炼锌置换柱式净化装置传质过程(英文)

浸出液中铜、镉的净化是湿法炼锌中的重要步骤。提出一种置换柱式净化装置,并对其净化规律及传质系数进行实验研究。结果表明,净化效率随着锌粉粒径的减小及浸出液流速的减小而增大,若结构参数和操作参数使用恰当,净化率可达99%,但所使用的锌粉粒径必须大于0.45 mm。当流速范围为0.05~0.7 cm/s时,置换柱内传质系数kc为3.94×10-7~2.76×10-6 m/s,且kc随着锌粉粒径的减小及浸出液流速的增大而增大,满足传质准数方程:Sh=0.1069Re0.5Sc0.33(0.3【Re【6)。

液相中气泡上升行为与界面传质:实验研究与数值计算

在工业生产过程中,气泡在液相中的上升行为及气液界面的传质行为极为常见。本文针对不同条件下气泡上升过程的实验研究方法以及数值计算方法进行了总结。从实验与数值计算的角度,综述了单气泡上升过程的影响因素、多气泡上升过程聚并与破裂的现象和机理以及工业装置中气液两相流型和气泡特性,并对传质模型进行了归纳,主要关注了气侧-界面传质模型的研究现状。综述结果表明:当前对于单气泡上升行为的研究较为充分,而对于多气泡的行为机理的研究尚需深入。此外,受到研究手段的限制,进行气侧-界面传质模型研究具有一定挑战性。针对当前的相关研究进展和存在的问题,对今后气泡上升行为和传质行为的研究提出以下建议,即开展气泡聚并与破裂可控性研究,强化对气侧-界面传质过程的研究,包括泡内流体行为可视化研究和相关传质模型的建立。

气升式环流反应器特性参数的研究进展

介绍了气升式环流反应器的工作原理、分类及流型,综述了气升式环流反应器的流体力学特征参数(主要包含气含率和循环液速)、混合及传质特性参数的测量方法和影响因素。介绍了气含率和循环液速的数学模型,并评述了现有模型。展望了气升式环流反应器进一步的研究方向与发展前景。

有机酸脱硫浆液的离子浸出与传质特性

基于湿法烟气脱硫中试装置，进行4种有机酸强化浆液脱硫实验研究，测定了有机酸对离子浸出、石灰石利用、SO2吸收、传质阻力与增强因子的影响。结果显示：除草酸外，已二酸、柠檬酸、甲酸对Ca^2＋，Mn^2＋，Fe^3＋浸出有明显促进。与空白相比，pH=5.6，Ca2＋浸出分别增加50.7%、41.4%、32.9%，Fe^3＋、Mn^2＋浸出量约增加1倍，Mn2＋等与HSO3形成络合物诱发催化反应加速SO32 氧化，同时反应面H＋浓度提高，CaSO3溶解速率加快。浆液pH值、有机酸种类与气相总传质阻力密切相关，pH〉6.0，为平稳上升阶段，pH〈6.0，为快速上升阶段，pH=5.0，已二酸、柠檬酸、甲酸的阻力仅为空白的45%，46%，61%。SO2吸收速率增加1.3%-5.6%，且pH值越低，作用越明显。结果表明：对浆液的离子浸出与传质特性促进排序为已二酸〉柠檬酸〉甲酸〉空白〉草酸。

新型场协同螺杆元件强化传质实验

介绍了一种新型场协同螺纹元件及可视化实验装置,在自行搭建的可视化实验平台上,开展了新型场协同螺杆元件强化传质的实验。对比观测了悬浮于高黏度硅油中示踪纤维在新型场协同螺杆元件和普通螺纹元件螺槽内的流动行为,通过对比分析新型场协同螺杆元件及普通螺纹元件内示踪纤维的取向变化,揭示了新型场协同螺杆元件在单螺杆挤出过程中熔体输送段的强化传质机理。实验结果表明,与普通螺纹元件相比,在场协同螺杆元件螺槽内形成了更为剧烈的涡旋流动,实现了螺槽顶部熔体与底部熔体的质量交换。而且,涡旋流动强化了螺槽内熔体的传质行为,特别是在螺槽深度方向的质量传递。

清洁转向酸H^+表面传质行为实验研究

清洁转向酸是一种可应用于碳酸盐岩储层酸化压裂的酸液体系。该体系在与碳酸盐岩反应后形成冻胶,可有效降低泵送磨阻,形成的冻胶可以暂堵酸蚀蚓孔,抑制酸液滤失,延长酸压酸蚀有效裂缝。通过对清洁转向酸在碳酸盐岩表面传质行为及其影响因素的实验研究。结果表明,清洁转向酸传质过程受地层温度场和液体流场影响较大。随温度升高,传质过程加速,酸岩反应速度变快,形成的冻胶稳定性变差,酸滤失量增加,酸蚀裂缝长度缩短;随流速的增加,对流传质过程加速,酸岩反应速度变快。

磁场对铁极化行为影响的瞬时效应和记忆效应

用电化学方法研究了磁场对Fe/水溶液体系极化行为影响的时间效应。结果表明,磁场影响的时间效应与电极反应的控制过程有关:对物质输送过程的影响是瞬时效应,对电荷输送过程的影响是记忆效应。

屈尼(Kühni)萃取柱的流动特性和传质特性

综述了屈尼萃取柱的结构特点、流动特性和传质特性，介绍了屈尼萃取柱的放大方法及工业应用。

膨润土中甲烷水合物生成特性的实验研究

恒容条件下,实验研究了甲烷水合物在膨润土中的生成规律,考察了不同水浴温度(3℃、5℃、7℃和9℃)和不同初始压力(9 MPa、12 MPa和15 MPa)对甲烷水合物生成规律的影响。研究表明:水合物在膨润土中生成的诱导时间很短,生成速度快,初始压力为12 MPa、水浴温度为3℃时,诱导时间最短为16.5 min;当系统温度降低到设置温度时,水合物基本停止生成,水合物的生成受到传质过程控制;水合物停止生成后,最终压力均明显高于纯水体系甲烷水合物相平衡压力。水的最终转化率介于55.73%和61.93%之间,水的最终转化率随着水浴温度降低而增大,但是增大的幅度并不显著。

等径气泡平行聚并行为对流场与传质过程的影响

气泡聚并过程对精馏、吸收、气液反应器等单元操作中气泡运动速度和形态有重要影响,对研究气液传质过程有着重要意义。利用Fluent软件对等径气泡平行聚并行为及传质过程进行了研究,分析气泡直径、气泡间距对气泡聚并行为和相间传质过程的影响。结果表明:气泡在涡流和压力差的作用下实现聚并,在聚并过程中新产生多个涡流,形体曳力不对称分布使气泡形状发生变化,压力分布重排,泡内压力值减小;聚并高度随气泡直径的增大先减小后增大,随液体黏度增大而增大。研究发现气泡间距决定了气泡聚并的可能性,得到了不同浓度甘油溶液中临界间距与气泡直径的关系。最后分析了聚并行为对传质过程的影响,直径为2和4 mm气泡聚并后CO_(2)溶解量分别减小了24.7%、21.7%。

岩体中渗流-热-应力耦合作用的理论研究

推导了岩体中热、流、因耦合问题的耦合控制方程,阐述了方程中各项的物理意义,并且对这一理论结果进行了初步验证。

HZSM-5分子筛上甲醇制烯烃典型产物的传质行为研究

分子筛催化甲醇制烯烃反应(MTO)是典型的扩散主导反应过程,运用频率响应技术系统研究了几种典型产物分子(乙烯/乙烷、丙烯/丙烷、苯)在HZSM-5分子筛上的扩散行为。结果表明,频率响应法成功辨析了不同产物分子的传质规律,证实C2和C3烃分子在HZSM-5微孔孔道内具有相近的扩散速率,但由于受晶体表面阻碍效应影响不同,乙烷分子可自由进出HZSM-5分子筛孔道,而丙烷分子则受到较显著的微孔孔道扩散限制。另外,苯分子的扩散速率显著小于C2和C3分子,且苯分子受晶体表面阻抗效应的影响较小。本研究结果可用于解释HZSM-5分子筛在MTO反应中产物选择性的特点及表面结焦原因,进而从传质角度为高活性、选择性以及稳定性的高效甲醇转化制烃催化剂的定向开发提供理论指导。

磁场对电化学腐蚀行为的影响

磁场在未来可能成为一种主要的防腐蚀方法,从腐蚀速率、腐蚀形貌、传质速率、自腐蚀状态、阳极溶解和阴极去极化等几个方面综述了磁场对电化学腐蚀过程的影响。磁感应强度与腐蚀速率为非正相关关系,磁场在电极表面的不均匀分布与其腐蚀形貌有良好的对应关系。磁场对电化学过程的影响最主要体现在液相传质步骤,对由电子转移步骤控制的电化学过程的影响微乎其微,主要影响由液相传质控制的钝化、活化及其相互转变的过程,但洛仑兹力和磁场梯度力对电化学过程的作用不同。磁场对阴极极化的影响主要体现在对溶液中参与阴极去极化反应离子的作用。提出了磁场在与电化学有关方向潜在的应用前景和将来的发展方向。

旁流式多孔电极非稳态行为数学分析

根据 Newman 的多孔电极理论,本文给出旁流式多孔电极非稳态行为数学模型。该模型涉及三个区域,即:液相主体、多孔区和界面。为了获得解析解,该模型被化简为两个较简单的模型:多孔区模型和液相主体模型。前者仅考虑多孔区的积累项,属于微分方程的本征值问题;后者仅考虑液相主体的积累项,属于非稳态的 Leveque 问题。文中给出旁流式多孔电极内进行 Br_2/Br-氧化还原反应时非稳态行为的计算实例。该实例表明:本文给出的简单模型的解析解,在处理更复杂问题时,可用于判断所使用技巧的正确性。