探究界面对流的测量及对气液传质影响的研究

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1、界面对流的测量及对气液传质影响的研究InterfacialConvectionMeasurementandEffectonGas-liquidMassTransfer学科专业：化学工程研究生：陈炜指导教师：袁希钢教授天津大学化工学院二零零八年八月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U天津大学U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

2、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：年月日我是爱天大的！！学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解U天津大学U有关保留、使用学位论文的规定。特授权U天津大学U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：年月日摘要在气液和液液的传质过程中，由界面浓度梯度所导

3、致的相界面上表面张力梯度和密度梯度，会引发界面不稳定，从而导致界面对流。这是一种重要的界面流体力学不稳定现象，对界面传质会产生重要影响。由表面张力梯度引发的界面湍动称为Marangoni效应，由密度梯度引发的界面湍动称为Rayleigh-Bénard效应。首先建立了一套水平气液界面传质模拟装置，采用粒子成像测速仪（PIV）对乙醇-水、甲酸-水、丙酮-乙酸乙酯、二硫化碳-丙酮体系解吸传质过程的界面对流结构进行定量测量，得到垂直于界面的液相流场截面速度矢量信息，并进行了平均速度、涡量以及特征尺度分析。定量分析结

4、果表明了Marangoni效应与Rayleigh-Bénard效应对液相流场的不同作用。Marangoni效应引发的界面切向流动对液相流场的作用主要集中在液体近界面处，在流场界面处产生较大的速度梯度；Rayleigh-Bénard效应引发的界面法向流动对液相流场主体部分流动有较大影响，导致较大的对流漩涡。定量测量了上述实验系统界面对流存在时气液传质过程的液相传质系数，并通过液相Sh数考察了RBM效应对传质过程的影响。发现当界面对流存在时液相Sh数显著增加，说明Marangoni效应和Rayleigh-Bén

5、ard效应可以明显强化界面传质。通过对实验数据进行关联，得出了液相Sherwood数与Marangoni数、Rayleigh数的关系式。其计算结果与实验结果相符合。关键词：Marangoni效应，Rayleigh效应，气液界面传质，速度分布，液相传质系数ABSTRACTInthegas-liquidandliquid-liquidmasstransferprocess,surfacetensiongradientanddensitygradientcausedbytheconcentrationgradie

6、ntcangenerateinterfacialinstabilityandultimatelyinduceinterfacialconvection,whichhasimportanteffectontheinterfacialmasstransfer.TheinterfacialconvectioninducedbysurfacetensiongradientisreferredtoasMarangonieffectandthatinducedbydensitygradientisreferredtoa

7、sRayleigh-Bénardeffect.Inthiswork,asimulatorofhorizontalgas-liquidinterfacialmasstransferprocessisfirstlyestablished.BymakinguseofParticleImageVelocimetry(PIV),aseriesofquantitativemeasurementofthevelocitydistributionsaremadefortheinterfacialconvectionsgen

8、eratedinthegas-liquidmasstransferofthebinarysystemsofethanol-water,methaneacid-water,acetone-ethylacetateandcarbonbisulfide-acetone.Velocityvectorsmeasuredinacrosssectionofliquidphaseperpendiculartotheinterfa