气液传质过程中界面对流的实验研究

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1、＠矣ＭＴＩＡＮＪＩＮＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ中国第－所现代大学ＦＯＵＮＤＥＤＩＮ１８９５Ｌ＇％－司ＨＰ＇＇ｍｉｐＰ麵硕±学位论胃＾￣￣￣￣■ＨＢＢＢＢＩＥＥ＾＊＾学科专业：ｉｔ萃主！金雾作者姓名：ＩＩ＇指导教师曾爱武旨脈员；１Ｂ；＾画禱ｍ＾天津大学研究生院ｐｒ２０１５＾５＾！ＪＭＦ独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研巧工作和取得的研巧成果，除了文中特别加Ｗ标注和致谢之处外，论文中不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其

2、他教育机构的学位或证■书而使巧过的材料一。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中＇作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年５月％日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可Ｗ将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检、索，并采用影印缩印或扫描等复制手段保存、汇编＾＾供查阅和借阅。同意学校向国家有关部口或机构送交论文的复巧件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文倘签签字日期：年５月三安日签字日期又〇：如年月＾／５＾

3、巧气液传质过程中界面对流的实验研究ExperimentalStudyonInterfacialConvectionintheGas-LiquidMassTransferProcess学科专业：化学工程研究生：金雾指导教师：曾爱武副研究员天津大学化工学院二零一五年五月摘要相际传质过程产生的近界面处流体物性差异可能引发界面对流。根据驱动力的不同，界面对流可分为由界面张力梯度引发的Marangoni对流和由密度梯度引发的Rayleigh对流。界面对流的产生能够促进界面处流体微元的更新，从而加快传质过程，因此界面对流效应的深入研究对解吸、吸收、精馏和萃取等传质分离过程的意义非常

4、重大。文中通过改进后的纹影观测系统和气液传质装置，对不同体系在传质过程中产生的Marangoni对流和Rayleigh对流进行了考察，得到了这些过程中界面对流结构的引发、演化和消退过程的纹影图片。从大量的纹影图像可以得出界面对流是由Marangoni效应与Rayleigh效应耦合叠加后的产物，而且还受到诸如实验流体物性差异和实验观察液层厚度等因素的影响，使得对流结构较为复杂。在界面对流引发之前，传质以扩散形式进行，界面保持静止，这个过程持续的时间随着实验条件不同而不同。Marangoni效应引起的界面对流结构是流体往四周扩张的结构，根据对流形成时间和物性不同界面对流结构

5、会有一定差异。乙醇解吸CO2体系中，对流刚刚形成时，界面对流结构呈圆形，之后多个对流结构相接触，因为空间限制转变为多边形对流结构。乙酸乙酯水溶液解吸过程中，较大的对流强度导致其对流结构尺寸较大且形状不太规则。Rayleigh不稳定的传质过程中，界面从平静转变为多边形结构，不同于Marangoni多边形对流结构，之后这些多边形破碎，对流结构变为无序混沌状。此外对导致界面对流产生的Marangoni效应进行了详细研究，包括对流的立体结构、引发过程和其导致的界面变形等。分别从俯视和主视方向对产生对流的液相进行观察，获得了Marangoni对流中流体微元的运动模式。以单个Mar

6、angoni对流结构作为分析对象，研究了其面积增长和半径比变化。根据大量的纹影图片，并结合表面变形详细地描述了Marangoni对流引发过程。还利用定量纹影原理考察了Marangoni对流刚刚形成时液层相对高度分布图，这些不同高度液面的形成是Marangoni对流与重力等抑制因素的共同结果。关键词：界面传质Marangoni效应Rayleigh效应界面对流纹影系统ABSTRACTThedifferencesinthephysicalpropertiesofthefluidattheinterfacecausedbyinterfacialmasstransferproce

7、ssmayproduceinterfacialconvection.Dependingondifferentdrivingforce,interfacialconvectiondividesintoMarangoniconvectiondrivenbytheinterfacialtensiongradientandRayleighconvectiondrivenbythedensitygradient.Theinterfacialconvectioncanpromoteupdateofthefluidelementattheinterfa