气液传质界面湍动现象投影观察

In gas-liquid mass transfer processes,interfacial turbulence may occur due to the surface tension gradient and the density gradient produced by mass transfer near the interface.The interfacial turbulence can enhance the mass transfer since it intensifies the movement of interfacial fluid.By means of the shadowgraph optical method,the interfacial turbulence patterns vertical to the interface were observed directly in the volatilization process of binary systems.The images of the amplified interfacial turbulence showed the variation of concentration and the fluid movement under the interface.Two patterns of interfacial turbulence were observed in the experiments:plume and vortex.With the plume,the interfacial fluid moved slowly and penetrated the liquid deeply.With the vortex,the interfacial turbulence occurred in the vicinity of the liquid interface and the fluid moves quite fast.A qualitative analysis was carried out based on the mechanism of Rayleigh-Bénard convection induced by density gradient and Marangoni convection induced by surface tension gradient.

界面湍动对气液传质的影响

气液传质过程中经常伴有界面湍动。界面湍动由传质的不均匀性引起,反过来又极大地促进传质。介绍了界面湍动的产生机理和形成条件,对4种不同Ra和Ma准数的情况分别进行了分析。讨论了界面湍动强度对气液传质系数的影响关系。传质系数与Man成正比,其中n随着Marangoni对流胞类型的不同而在1/3和1之间变化。在气液系统中,液相与气相阻力比越大,由界面湍动引起的传质的增强效应越显著。

单组分扩散过程中界面湍动对流结构的观察

利用激光纹影仪从垂直和平行于界面两个方向对静止和流动乙醇吸收、解吸CO2的传质对流结构进行了观察,发现在液相主体中明显存在传质导致的液体对流现象,同时发现对流结构在液相流动方向取向具有优先性。研究界面对流对增大传质速率,探索微观传质机理和寻求强化传质途径具有理论和实际意义。

双光路纹影仪观察气液传质界面湍动现象

建立了双光路纹影仪实验系统,并利用双光路纹影仪,同时从垂直和平行于界面两个方向对氯苯吸收、解吸CO2的传质对流结构进行了观察,发现在氯苯吸收CO2时,没有明显的对流结构,只是在垂直界面的纹影图像中观察到逐渐变粗的暗条纹。在氯苯解吸CO2时,在垂直和平行于界面两个方向都观察到了明显的对流结构,在垂直界面的纹影图像中开始时出现分层现象,随着解吸的进行,对流加剧,分层现象被破坏;平行界面方向的对流结构发展较快,优先在平行界面的纹影图像中观察到明显的对流结构。由于传质的热效应,两个方向的对流结构都有向中心运动的趋势。实验表明,双光路纹影仪实验系统能观察界面传质对流过程的三维变化,可深化对界面传质对流过程的认识。

气液传质过程的界面湍动

界面湍动对相际传质具有重要影响。利用显微激光全息干涉技术研究了 CO2 在乙醇 -水溶液中吸收过程的界面湍动情况 ,实验观察了界面湍动强度与溶液浓度的关系 ,结果表明 ,乙醇浓度越高 ,界面湍动强度越大 ,文中对此进行了分析和讨论。

气液传质相界面湍动现象的实验及分析

气液相际间传质过程中 ,由溶质浓度梯度产生的表面张力梯度可以导致相界面湍动现象。本文采用激光纹影仪观察及计算机在线图象采集的方法 ,对气液两相物理吸收和解吸过程中相界面处的湍动现象进行了实验研究。传质过程包括异丙醇、乙醇、甲醇、氯苯吸收和解吸CO2 。实验结果表明 ,在不同的吸收体系中 ,有不同的湍动形状 ,根据其形状大致可分为多边形和滚桶状两类 ;同一体系 ,在不同的实验条件下 ,也会有多种界面湍动的形式 。

吸收过程中界面湍动对传质的影响

传质过程中的界面湍动现象广泛存在 ,宏观上表现为传质阻力下降 ,传质速率增加。本文以甲醇、乙醇等有机溶剂吸收二氧化碳的物理吸收过程为研究对象 ,建立了一套带有激光纹影仪与计算机实时图象采集系统的传质实验装置 ,研究了相界面湍动对传质速率的影响 ,以及液膜厚度变化对相界面湍动情况下传质速率的影响。定义了放大因子 ,利用放大因子定量说明界面湍动对传质速率的影响。实验发现界面湍动存在时 ,液相传质系数与理论值偏离 ,而且随传质推动力的增大 ,偏离增大 ;同样条件下 ,改变液膜厚度 ,传质速率可以成倍的增加。这说明吸收过程中界面湍动对传质的促进作用受多种因素的影响。

界面湍动对湿壁塔液相传质系数的影响

选用乙醚的低浓度水溶液为研究对象,在湿壁塔中液相层流流动状态下,考察乙醚解吸过程中传质系数与Ma-rangoni数之间的变化.实验结果表明当平行于界面的表面张力差超过临界值后,Marangoni界面湍动效应将发生,随之导致传质系数较之只依赖扩散传质时增大,并且传质效果的强化程度同Marangoni界面湍动的强度有关,进一步的实验数据拟合结果表明传质增强因子F同Ma数之间符合幂函数关系,结果有助于利用Marangoni界面湍动增强传质效果.

双组分扩散过程界面湍动现象观察

利用激光纹影仪对静止、水平流动以及降膜流动的乙醇水溶液双组分扩散过程中传质导致的界面对流结构进行了观察,同时考察了温度、液层厚度、流体运动状态等因素对界面对流结构的影响.研究结果有助于寻求增进传质的有效途径,并且为传质界面湍动现象的理论分析提供实验依据.

质量传递过程中界面湍动现象的光学观察

采用光学纹影摄影方法观察了多组分蒸发、吸收和解吸过程中相界面处的对流现象 .自然蒸发过程所研究的物系为苯 /甲苯二元混合物和乙酸 /乙酸乙酯 /乙二醇三组分混合物 ,气液传质过程包括甲醇、异丁醇等分别吸收二氧化碳的吸收过程和二氧化碳从有机溶剂中解吸的过程 .结果发现 ,在多组分有机液体混合物蒸发和气液传质过程中存在规则有序滚桶形或多边形细胞状对流 .这说明有序对流运动的产生是相际传质过程中普遍存在的现象 。

液-液传质过程中液滴内界面湍动现象

在水-丙酮-甲苯和水-丙酮-甲基异丁酮两种液-液体系中,使用放大投影法,在包括Rayleigh对流影响和排除Rayleigh对流影响的情况下,观察了溶质在液滴与连续相之间传质引发的界面湍动现象,结果表明,液-液传质过程中液滴内部的界面湍动强烈,对传质有强烈的促进作用.Marangoni对流单独作用下的液滴内部界面湍动强度大,可充满整个液滴内部,而当Marangoni对流与Rayleigh对流耦合存在时,液滴内部界面湍动强度较小,仅存在于液滴界面内侧附近,不能充满整个液滴内部空间.

有机物水溶液解吸的界面湍动现象的观察与分析

通过纹影光路,捕捉到低表面张力溶质从水中解吸导致的气液界面失稳过程及后续的对流结构图像。乙醇、异丙醇和丙酮水溶液中的现象相似:传质开始进行时,界面出现一个迅速变大的湍动区,湍动区扩张的同时,其边缘区域产生很多圆形的小胞,这些小胞逐渐演化成多边形,短暂的界面失稳过程之后,界面对流结构逐步发展为环形;但在乙酸乙酯体系中,界面对流结构一直都是团状的,而且湍动强度更为剧烈。结果表明,界面对流结构特点和剧烈程度取决于实验条件和体系的物理性质。

气液界面Marangoni效应对传质系数的影响

在气液相际传质过程中,界面Marangoni湍动会对传质过程产生重要的影响,为此,建立了一套气液接触传质设备,以使得通过N2与异丙醇稀溶液逆流接触将液体中使表面张力降低的溶质解吸出来,从而引发Marangoni湍动,提高传质速率。发生Marangoni对流时,液相的传质系数比只依靠扩散传质而不考虑Marangoni效应时大,因此引出增强因子F这一概念,通过计算F的值即可判断Marangoni效应对传质速率影响的程度。提出了一个包括Marangoni准数的计算传质系数关联式,其计算结果与实验结果相符。

气液传质液滴界面的Marangoni对流

通过氮气吹扫双组分液滴,用激光投影法定性观察由于轻组分向气相扩散导致的Marangoni对流结构,结果表明Marangoni对流以小尺度涡流结构和大尺度对称循环流动的形式出现,其中乙醇-水体系首先出现小尺度涡流结构,涡流不断长大合并;丙酮-水体系则以大尺度对称循环对流结构为主,随后在近界面处形成小尺度涡流结构。采用氮气吹扫乙醇-水及丙酮-水静止悬垂单液滴的方法,通过比较实验测量传质系数与理论预测值,表明液滴近界面处Marangoni对流小尺度涡结构对传质促进作用较小,而液滴内大尺度循环对流结构对传质促进作用大。

传质过程中的Rayleigh-Bénard-Marangoni效应

Rayleigh B啨ｎａｒｄ Marangoni现象对吸收、萃取、精馏、蒸发等气液或液液传质过程具有显著的影响和重要性 ,但迄今 ,对RBM现象本质的认识还远远不能满足理论和工程上的要求 ,对其实验及理论研究将促进对传质微观机理的理解及加强实际应用。文中综述了对RBM现象实验和理论研究的成果 ,讨论了未来对其研究的方法和方向。