多相流体系中气液传质特性研究

发布时间：2020-06-22 07:36

【摘要】：气液相接触广泛存在于冶金、石油化工、化工等各种过程工业中,其中,气液流动和传质性能等在气液传质设备的设计和优化中起着重要作用,与气液接触反应器的设计成败与否有着直接的联系。以往对多相流体系中气液传质特性的实验和理论研究主要针对静态体系,大多计算静水中自由上升的气泡或流动液相中的相对静止气泡的传质系数,这些研究结果与石油化工、生物化工等许多工业过程中通常涉及的高度湍动流动体系中气液传质过程有较大区别,因此,对湍流体系中气液两相传质性能进行研究具有较高的理论意义和工业应用价值。本文实验采用高速相机成像方法,实验测定了湍流条件下单个氧气泡在不同浓度和不同液体流量条件下的亚硫酸钠溶液中的传质情况,用MATLAB编程对拍摄到的气泡图像进行分析处理,得到高精度的气泡体积随时间的变化情况,由氧气泡的体积缩小量计算传质系数,探究湍流条件下的气液传质规律。结果表明:传质系数随亚硫酸钠溶液浓度和气泡尺寸的增大而增大,随液体流量增大略有增大,但幅度很小。本文还分析建立了传质系数与各影响因素之间的关系式,并对其进行了因次分析,得到Sh准数、Sc准数、Re准数相关联的半经验公式,结果表明,拟合值与实验值较为吻合,误差在10%以内。此外,本文研究了化学反应对于传质过程的加强作用,研究表明,具有化学反应的体系,传质有了较明显的增强,传质系数对比同条件下不加入化学反应体系的对照组增大1～4倍,随着溶液浓度的增大,增大的程度越明显。本文的研究结果对于α烯烃和PAO等气液反应器的设计和优化具有一定的参考价值。
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ021.4
【图文】：

示意图,测试过程,示意图,高速相机

Ｆｉｇ．邋２－２邋Ｔｅｓｔ邋ｐｒｏｃｅｓｓ邋ｄｉａｇｒａｍ逡逑１邋．Ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ邋ｃａｍｅｒａ邋２．邋Ｓｍａｌｌ邋ｂｏｘ邋３．邋Ｓｍａｌｌ邋ｂｕｂｂｌｅ邋４．邋Ｓｙｒｉｎｇｅ邋５．邋Ｔｕｎｇｓｔｅｎ邋ｌａｍｐ逡逑图２－１为实验装置正视图，由于需要使用高速相机进行拍摄，实验观察区为图２－逡逑２的玻璃小方盒，实验开始后小气泡在玻璃小方盒中运动并用高速相机拍摄。有机玻逡逑璃小方盒的尺寸为６ｍｍｘ６０ｍｍｘ６０ｍｍ，容器顶部与流道槽连接，底部中心处开有小逡逑口，与气泡发生装置相连接。实验气相为纯氧，液相为不同浓度的亚硫酸钠溶液，实逡逑验前，将溶液充满装置后将泵打开至温度稳定后开始实验，同时保证装置的密闭性，逡逑避免空气的影响，同时保证溶液和容器不被污染。由于整个装置容积为１５Ｌ，单个氧逡逑气泡不会对整个装置内溶液浓度造成影响，可以认为溶液浓度保持不变。底部用橡胶逡逑塞封口，并将注射针头插入橡胶塞中，通过挤压与针头相连的胶皮管制造单气泡，由逡逑于湍流场的影响

高速相机,云台,三脚架

二脚架及云台逦使用竖立超级合金（Ａ．Ｔ．Ｍ．），第一节管径２３．４ｍｍ，第二节管径２０ｍｍ逡逑图２－３为实验用高速相机。经过反复实验，确定了高速相机使用时的各参数如下：逡逑曝光时间１０００邋ｕｓ，储存分辨率为２５６０ｘ２０４８邋ｐｉｘｅｌｓ，在该参数条件下可获得充足而清逡逑晰的图像。一般来说，高速相机拍摄的范围越小，得到的图像像素面积越大，清晰度逡逑越高，从而误差也越小，因此，在拍摄时需要选择尽可能小，气泡停留时间尽可能长逡逑的拍摄区域。相机连接焦距为１８０邋ｍｍ的长焦微距镜头，拍摄的图像通过软件与计算逡逑机相连。逡逑图２－３实验用高速相机逡逑Ｆｉｇ．２－３邋Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ邋ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ邋ｃａｍｅｒａ逡逑实验室采用了日本ＳＩＬＫ公司制造的三脚架和云台，通过三脚架及云台固定相机，逡逑通过调整三脚架，使相机被固定在合适的高度，通过调整云台，使相机与观察区平行。逡逑调整完毕后，三脚架和云台的位置不可再改变。逡逑２０逡逑

【参考文献】