并行微通道内气液两相流动与传质的研究

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1、并行微通道内气液两相流动与传质的研究TheGas-LiquidTwo-PhaseFlowandMassTransferinParallelMicrochannels学科专业：化学工程研究生：白璐指导教师：马友光教授天津大学化工学院二零一四年五月万方数据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究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已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他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡

2、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。特授权天津大学可以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、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日万方数据摘要微通道以其优良的热质传递性能而受到广泛关注，集成与放大是微化工技术工业

3、应用的关键。本文采用高速摄像仪对不同气液分布（内置分布、外置分布、树状分布）结构并行微通道内气液两相流型、流动分布、空隙率及传质过程进行了实验研究。分别对各种并行微通道内无相间传质的气液两相流型以及树状分布并行微通道内伴有相间传质的气液两相流型进行拍摄记录，并绘制流型图得到流型转换线。采用各支通道内的气泡长度、速度相对偏差及相对标准偏差来表述并行微通道内气液两相分布的不均匀程度。对于三个分布角度依次增大（60°、90°、120°）的内置分布并行微通道，各支通道内气泡长度分布不均匀程度随分布器分布角度、液相流率、液

4、相黏度的增大而增大；各支通道内气泡速度分布不均匀程度随分布器分布角度、液相黏度的增大而减小，随液相流率的增大先升高至一定值后减小。对于无相间传质的气液两相流动，随着液相流量及黏度的增大、气相流量的降低，各支通道内空隙率下降。伴有相间传质的气液两相流动中，随化学反应速率的增大，并行微通道内整体空隙率下降。采用图像法对树状分布并行微通道内不同浓度一乙醇胺吸收CO2过程的液侧传质系数进行计算，并与传统反应器中液侧体积传质系数进行对比。实验结果表明，随着气相流量和液相流量的增大，液侧体积传质系数均增大到一定值后趋于稳定。

5、对于不同浓度的一乙醇胺水溶液吸收CO2过程，当气相流量较小时，液侧体积传质系数随化学反应速率的增大而减小；气相流量较高时，液侧体积传质系数随化学反应速率的增大而增大。研究结果将有助于并行微通道的结构优化及操作控制，实现均匀的气液两相分布及良好的传质性能。关键词：并行微通道，气液两相流，流型，气液分布，空隙率，传质系数万方数据ABSTRACTMicrochannelshavedrawnworldwideattentionsduetotheexcellentmassandheattransferperformance

6、s,whilethescale-upofmicrochannelsisanessentialissueinordertoachieverequiredthroughputforindustrialapplication.Ahigh-speedcamerawasusedtovisualizeandinvestigatethegas-liquidtwo-phaseflowpattern,flowdistribution,voidfractionandmasstransferprocessindifferentgas-

7、liquiddistributionstructure(internaldistribution,externaldistribution,branching)parallelmicrochannels.Gas-liquidflowpatternwithoutchemicalreactionindifferentstructureparallelmicrochannelsandgas-liquidflowpatternaccompaniedbychemicalreactioninbranchingparallel

8、microchannelswereobserved.Flowregimetransitionlineswereobtainedaccordingtotheflowregimemap.Therelativedeviationandtherelativestandarddeviationwereadoptedtoreflectthenon-uniformityoftwo-ph