探索气液界面传质过程不稳态对流的实验研究

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1、天津大学硕士学位论文气液界面传质过程不稳态对流的实验研究姓名：刘长旭申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：曾爱武20070101中文摘要在气液和液液的传质过程中，由于在相界面上产生表面张力梯度和密度梯度，从而引发界面湍动。这是一种重要的流体力学不稳定现象，它能够影响传质速率，为提高传质效率提供了一个有效的途径。由表面张力引起的界面湍动习惯上称为Marangoni效应。本文建立了一套水平非稳态气液传质设备，采用光学纹影系统对丙酮／水和乙醇／水体系解吸传质过程的对流结构的界面湍动进行了观察。在气液传质过程中发生了Marangoni对流现象。文章从

2、Marangoni不稳定性的角度对光学实验结果进行了解释。其次，本文还对传统纹影方法中光源进行了改进，通过对纹影像光强度分布的分析和整个传质系统的标定，实现了对丙酮和乙醇解吸传质过程的浓度梯度场进行了定量测量。定量分析表明丙酮／水、乙醇／水系统解吸过程中，引发界面湍动的原因是局部较大的表面张力梯度。对浓度梯度场的分析结论很好的符合了传质过程出现的明暗条纹更替和传质中心分裂的现象。同时这种浓度梯度的不均匀分布引发了界面的小尺度流动，加速了表面更新率，所以Marangoni效应的存在可以提高传质速率。定量分析的结果很好的解释了伴随Marangoni效

3、应的传质过程的混乱的对流结构，为进一步对界面湍动现象的分析提供了帮助。关键词：Marangoni；气液传质；定量分析；纹影法ABSTRACTInthegas—liquidorliquid-liquidmasstransferprocess，interracialtensiongradientanddensitygradientcallcreateinterfacialturbulence，bywhichthemasstransfercoefficientcanbeintensified．Thisinterracialturbulenceiscal

4、ledMarangonieffect．Horizontalunstablegas—liquidmasstransferexperimentalequipmentissetup．ByutilizingtheSchlicrensystem，InterfacialturbulenceofMarangoniconvectioninthephysicaldesorptionofacetoneandethanolsolutionsfromwaterareobserved．ExperimentalinvestigationsoftheOCCUlTenCCofM

5、arangoniconvectionarepresented．TheopticalexperimentalresultsareexplainedbyacombinationofMarangoniinstability．ByemployingthelightsourceimprovedSchlieren，theconcentrationgradientsandthesurfacetensiongradientsofvicinityinterfaceduringgas-liquidmasstransferprocessarcobtainedthrou

6、ghanalysisofthelightintensitydistributionoftheSchlierenimagesandthecriterionofthewholemasstransfersystem．ThequantitativelyresultsshowthatthereasonthatinducestheMarangoniconvectionisthelocallargesurfacetensiongradientsalongtheinterfaceofthegasandliquid．Thesmall-scaleinterfacia

7、lflowisinducedbytheasymmetricdistributionofcon．centrationgradient,whichalsoincreasesthesurfacerenewalrate．Consequently,duetotheocculTenceoftheMarangonieffect，themasstransferratecanbesignificantlyenhanced．Thequantitativeresultsuccessfullyexplainsthechaoticflow，patternsobtained

8、ingas—liquidmasswansferprocessaccompaniedbyMarangonieffect．Theresult