气泡传质过程Marangoni效应数值模拟
发布时间：2020-04-22 10:11
【摘要】：本文在平界面模型的基础上,建立了气液传质方程,校验了方程的可行性。进一步研究了单气泡模型以及微型鼓泡模型中的异丙醇水溶液中溶质挥发到气相氮气中的传质过程,分析了传质过程中界面Marangoni对流的发生以及各种参数对传质结果的影响。平界面模型中,校验了控制方程以及界面张力的计算,建立了流体力学计算方法,分析了传质过程中Marangoni对流对传质结果的影响以及温度梯度的存在对Marangoni对流引发的影响。结果表明,Marangoni对流的发生促进了气液传质,加快了传质过程。而溶质挥发过程中会伴随着温度的改变,在该模型中温度梯度不容忽略,其存在能够较早的引发Marangoni对流的出现,对传质的增强结果也更明显。在单气泡模型中,通过Patch生成单气泡手段,分别考察了无重力以及重力存在时的模拟计算结果。无重力时,定量以及定性的结果都表明界面发生了较为明显的Marangoni对流,气泡直径越小,Marangoni对流发生的时间越晚,并且考虑温度梯度的情况下Marangoni对流发生的时间也略早。重力存在的情况下,观察不到Marangoni对流的发生,经过分析,认为是气泡的宏观上升运动消除了Marangoni对流的发生。气泡直径的影响和无重力的情况下较为一致,直径越小传质越快接近于饱和。鼓泡塔模型中,首先进行了流体力学分析,考察了表面张力大小、液相粘度以及密度等一系列参数对气泡形态的影响。研究表明,气泡形态受着这些参数的多多少少的影响,其中气泡直径随着表面张力、液相粘度以及气液进口速度等参数的增大而增大,另外,这些参数还直接影响着鼓泡塔中气泡生成的数目,也就是影响着鼓泡塔的气含率,这为设计合理的鼓泡塔提供了可借鉴参数。最后在流体力学模型研究的基础上,改变了物性体系,对比第三章考虑重力的情况下运动中的单气泡传质结果,进一步研究了鼓泡塔中气液挥发传质模型,分析了未观测到单气泡界面Marangoni对流的原因,加深了采用计算模拟手段研究鼓泡塔中气液传质的认识。
【图文】：
逑列的滚筒状结构。陈虹伶［｜４］利用光学观测法中的投影法，观测了不同双组分体系逡逑液滴在水平方向上由传质导致的气液相界面出现的Ｍａｒａｎｇｏｎｉ对流结构，如图２逡逑所示，由于组分的不同，对流结构存在一定的区别，进一步的观测研究表明，液逡逑滴的大小和浓度同样都会影响着Ｍａｒａｎｇｏｎｉ对流的形状。逡逑１１逡逑（ａ）无解吸（ｂ）有解吸逡逑图丨竖直下降皂膜纹影图像｜ｌ３】逡逑Ｆｉｇ．邋１邋Ｓｃｈｌｉｅｒｅｎ邋ｉｍａｇｅｓ邋ｏｆ邋ｆａｌｌｉｎｇ邋ｓｏａｐ邋ｆｉｌｍ１＇３１逡逑（ａ）异丙醇－水体系（ｂ）丙酮－水体系逡逑图２水平面液滴界面Ｍａｒａｎｇｏｎｉ对流结构［１４］逡逑Ｆｉｇ．邋２邋Ｍａｒａｎｇｏｎｉ邋ｃｏｎｖｅｃｔｉｏｎ邋ａｔ邋ｔｈｅ邋ｉｎｔｅｒｆａｃｅ邋ｉｎ邋ｔｈｅ邋ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ邋ｐｌａｎｅ１邋ｌ４Ｊ逡逑直接的光学观测，要求相界面需要清晰可视，，并且实验限定在静态或者严格逡逑的层流状态相界面，并且局限在层流下降液膜或者是＋互溶的液液体系，这就限逡逑定了直接的光学观测在研究Ｍａｒａｎｇｏｎｉ效应中的应用。除了直接的观察，间接的逡逑考察传质前后一些参数的变化，也是研[偅停幔颍幔睿纾铮睿樾вΦ闹匾揪叮庋难绣义襄呈侄我驳玫皆嚼丛蕉嗟脑舜āｅ义仙秤碌龋ピ谘衃偸谒胁懔髟硕刺返牡团ǘ鹊囊颐阉芤航馕体义现校肓嗽銮恳蜃樱撇问是昂蟛问频谋浠梢杂美醇浣拥嘏卸襄义希停幔颍幔睿纾铮睿槎粤鞯姆⑸敕
本文编号：2636408
【图文】：
逑列的滚筒状结构。陈虹伶［｜４］利用光学观测法中的投影法，观测了不同双组分体系逡逑液滴在水平方向上由传质导致的气液相界面出现的Ｍａｒａｎｇｏｎｉ对流结构，如图２逡逑所示，由于组分的不同，对流结构存在一定的区别，进一步的观测研究表明，液逡逑滴的大小和浓度同样都会影响着Ｍａｒａｎｇｏｎｉ对流的形状。逡逑１１逡逑（ａ）无解吸（ｂ）有解吸逡逑图丨竖直下降皂膜纹影图像｜ｌ３】逡逑Ｆｉｇ．邋１邋Ｓｃｈｌｉｅｒｅｎ邋ｉｍａｇｅｓ邋ｏｆ邋ｆａｌｌｉｎｇ邋ｓｏａｐ邋ｆｉｌｍ１＇３１逡逑（ａ）异丙醇－水体系（ｂ）丙酮－水体系逡逑图２水平面液滴界面Ｍａｒａｎｇｏｎｉ对流结构［１４］逡逑Ｆｉｇ．邋２邋Ｍａｒａｎｇｏｎｉ邋ｃｏｎｖｅｃｔｉｏｎ邋ａｔ邋ｔｈｅ邋ｉｎｔｅｒｆａｃｅ邋ｉｎ邋ｔｈｅ邋ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ邋ｐｌａｎｅ１邋ｌ４Ｊ逡逑直接的光学观测，要求相界面需要清晰可视，，并且实验限定在静态或者严格逡逑的层流状态相界面，并且局限在层流下降液膜或者是＋互溶的液液体系，这就限逡逑定了直接的光学观测在研究Ｍａｒａｎｇｏｎｉ效应中的应用。除了直接的观察，间接的逡逑考察传质前后一些参数的变化，也是研[偅停幔颍幔睿纾铮睿樾вΦ闹匾揪叮庋难绣义襄呈侄我驳玫皆嚼丛蕉嗟脑舜āｅ义仙秤碌龋ピ谘衃偸谒胁懔髟硕刺返牡团ǘ鹊囊颐阉芤航馕体义现校肓嗽銮恳蜃樱撇问是昂蟛问频谋浠梢杂美醇浣拥嘏卸襄义希停幔颍幔睿纾铮睿槎粤鞯姆⑸敕
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