液膜表面波形重构综述.doc

《液膜表面波形重构综述.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、液膜表面波形重构综述1.液膜表而波的研究意义使用理论和实验这两种方法来研究自由降液膜流动，祺广泛运用是一个常绿的主题。降液膜出现在常见的工艺设备屮，并伴随有传热传质现象的出现〔讥例如，食品工业对直接接触降膜蒸发器和冷凝器的优化设计和操作有很大的兴趣[21o自由降液膜的另一个重要应用即气体吸收塔，它的运行就很大程度上取决于液膜特性，尤其是来自于表面波结构的特性⑶。这些应用的设计和运行都需耍对液膜根本的传输过程的理解。鉴于水动力不稳定性，这决不是一个简单的工作，表面波形式的多种多样就是最好的证明。液膜表面波已知是用來提高质量和热量的传递，不仅仅是以一个静态方式（即，在气体和液体两相间增加接触而积

2、），更主耍的是以动态方式，通过在这两相间建立横向速度场（垂直丁液膜主流方向）。因此，对降液膜水动力特性的研究需要就显而易见了，而波的结构恰恰是水动力学的一个重耍组成部分。可见，对液膜表面波结构的研究有重大的理论意义。儿十年来，有关学者围绕液膜表而波结构的问题进行了大量的理论和实验研究。在实验研究方面尽管做了大量工作，具有意义的实验数据提供的液膜流动场方面的信息极其有限⑷讥相反，理论建立波模型可以得出（至少在原则上）流动场的完整空间及瞬吋描述以及液膜的表面结构。然而降液膜的水动力性建模工作乂是极其复杂的血叫对于层流流动，控制方程可以很容易的得岀，最大的问题就是基于流动的无秩序性需耍在计算上做岀

3、很大的努力。总Z,实验方法只能提供有限的细节描述和准确的信息，而理论方法需要更多的计算能力。2.液膜表面波形重构的研究进展对丁自由降液膜的工艺设备及建模的研究一直是学者们的研究重点。因此，关丁这个主题的文献已经出现了很多，我们可以追溯到上个世纪初期（Nusselt）o尽管我们从这些信息中获得了很多研究价值（例如，Dukler1977；Maronetal1985）,然而，仍然有很多我们知识范畴以外的鸿沟阻碍着我们对自由降液膜特性的预测。实验研究方面，Dukler和他的学生（Telles&Dukl^1970;Chu&Dukler1974,1975）强调液膜厚度随时间的变化所表现的随机特性，并对此

4、提出了合理统计性分析〔9-111。相对丁•Telles&Dukler,Chu&Dukler使用了更精准的技术对两类主要的随机波解释了他们的数据。Chu&Dukler对大波和小波做岀了彻底的统计性分析，从而对降液膜流动的机理做出了新的阐释，并提出了应用理论方法解决这个问题。Maronetal[,2]相当成功的对接触面自由降液膜进行了建模，从而得出了上述工作的直接成果。尽管Chu&Dukler做出了很多积极的贡献，他们对液膜厚度的测量却被Henstock&HanrattyZ证实是错误的。另一个致力于实验研究的人员Takahama&Katoc，4]hy.用“针接触”和“电容”探针技术，对在垂直管外

5、墙流动的液膜厚度随时间的变化进行了测量。T.D.Karapantsios,S.V.PARAS和A.J.KARABELA继而提岀了一种对液膜厚度精确测量的技术，采用“平行钢丝电导”探针，从而可以完善实验数据，并提高了我们对降液膜的基本理解Alekseenkoetal〔®〕提出了一些可能的电容探针配置來测量液膜厚度，并在Z后进行了一系列研究，通过对每次测量的电容配置进行适当的改善和扩展，从而获得了液膜流动的统计特性。这些研究人员的基本思想是通过识别具有统计意义的参数来合成液膜的复杂行为，从而分析液膜表面波。这个研究课题仍然十分活跃，一些更先进的测量技术被学者们相继提出来(KangandKim,1

6、992;Leuthner和Auracher,1997;KameiandSerizawa,199&Takamasa等，1998),以便获得统计液膜参数更可靠的信息F22-251o大多数的实验研究只是找岀了液膜表而波厚度的整体统计特性，并没有发现和分析单个波的特性。鉴于波的动态特性是混乱的，以上统计特性在一个时间周期中所体现的整体信息对理解表面波的结构意义不大。只有很少的研究关注了液膜层流波的速度场的测量”27]。理论方法的岀现为我们更好的洞悉液膜流动结构带来了希望。对于理论研究,根据雷诺数的不同，可大致分为两大类。第一类理论研究是在低雷诺数下对于层流流动液膜的行程进行研究，其中包含多种不同的方

7、法。Changandco-workers[28-30]®过动态的奇异性分析，得出了大量的理论认识，有限振幅波的非线性演化得出了形式相近多样的解。Bach和Villadsen,Kheshgi和Seriven,Salamon等⑶宀]在假设有限振幅或静止的剖而下，使用有限元法对完整的Navier-Stokes方程进彳亍了研究。Benney,Alekseenko等，Nguyen和Balakotaiah基于多种近似或量