探究界面湍动现象的实验研究

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1、厦门大学硕士学位论文界面湍动现象的实验研究姓名：林芬芬申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：沙勇20090501摘要在气一液相际传质过程中，由于界面处物质传递而使界面液体物化性质发生改变，将可能产生界面处流体运动，即界面湍动。一般认为界面湍动的起因为密度变化导致的Rayleigh-B6nard效应和表面张力变化导致的Marangoni效应。本文分别使用投影法和纹影法，对垂直和水平于界面两个方向上的双组分溶液挥发传质过程界面湍动对流结构进行了实验观察。观测结果显示，Rayleigh-BOaard效应和M

2、arangoni效应引起的对流结构特征明显不同：Rayleigh-B6nard效应引起的对流结构主要为羽状对流，对流附近流体运动缓慢，且不断向液相深处发展，而MaraIlgoIli效应引起的对流结构为涡流结构，仅在近界面区域存在，且内部流体运动快速。对于Rayleigh-BOaard效应和Marangoni效应同时发生的系统，其混合对流结构受实验操作条件、容器的形状和尺寸、液层厚度的影响，Rayleigh-B6nard效应和Marangoni效应中的一个将占主导地位，并且占主导地位的对流类型将影响系统的界

3、面湍动，决定对流结构的形式。本文以水、甲醇、乙醇为吸收剂，以不同规格的p环和三角螺旋环为填料，采用静态吸收法吸收C02，研究了Rayleigh-B6nard对流对吸收传质的影响。实验结果表明，Rayleigh-B6nard对流的发生增强传质效果明显；三种填料中3mmx3mm口环填料C02吸收最快，2mmx2mm口环次之，3mmx3mm三角螺旋环最慢；填料的孔隙率影响Rayleigh-B6nard对流在填料层中的发展，从而影响C02吸收效果。通过在水面上持续滴加低表面张力溶剂，本文实验研究了没有M糊90Il

4、i效应影响和Marangoni对流存在时水吸收C02的传质过程，结果表明，当Marangoni对流存在时，水对C02的吸收速率明显比没有Mar趾goIli对流存在时大。同时通过摄影法测量表面张力梯度引起的M跏lgoIli对流发生时界面流体运动速度，研究结果表明，M觚mgoIli对流极大的加快了界面流体运动，促进液相表面更新，提高了传质效果。关键词：界面湍动；质量传递；光学观察AbstractDuringthemasstransferprocess，theconcentrationgradientinduc

5、edbythemassdiffusionusuallycanproducethesurfacetensiongradientandthedensitygradient．Thesemaycausetheinterracialturbulence．Ingeneral，theinterracialturbulenceisattributedtotheRayleigh-B6umrdeffectandtheMarangonieffect．Inthevolatilizationprocessofthebinarysy

6、stems，theconvectionstructuresoftheinterfacialturbulenceverticalandhorizontaltotheinterfacewerevisualizedbytheshadowgraphandSchlierenopticalobservationmethods．TheresultsshowthattheconvectionstructuresinducedbytheRayleigh-BdnardeffectandtheMarangonieffectar

7、eobviouslydifferent．ThemaincharacteristicoftheRayleigh-B6nardconvectionisplume，andtheinterfacialfluidmoveslowlyanddevelopdownwardthedeepliquid．ThemajorsignoftheconvectionstructurecreatedbytheMarangonieffectisvortexthatexistsonlyinthevicinityoftheliquidint

8、erface，andthefluidmotioninducedbytheMarangonieffectisquitefast．ForbothRaylei舢6nardandMarangonisimultaneouslyunstablesystem，theconvectionstructuresareinfluencedbytheexperimentaloperatingconditions，shapesandsizesoftex