气液界面传质模型研究

发布时间：2022-01-24 00:18

　　气液两相界面传质过程广泛存在于石油化工、生物制药、食品加工、冶金炼油和节能环保等领域,在精馏和吸收等化工基本单元操作中经常遇到。深入了解气液两相界面传质过程对优化和改善气液传质设备具有重要意义。由于气泡表面附近流场的复杂性和不确定性,目前的气液两相界面传质模型研究尚不完善。构建合理的传质模型来深入揭示气液两相界面传质过程的机理,一直是国际上的研究重点和难点。本文工作在深入总结和分析前人构建的传质模型的基础上,认为已有模型假定“气泡表面切向分子扩散和对流对气液传质过程的影响可以忽略”并不具有普适性,尤其是对于流体湍动程度较大的气液传质过程。基于此,本文从单流体溶质浓度守恒方程出发,使用相体积含率法（VOF法）来追踪气液两相界面,分别在连续相和分散相中建立溶质浓度输运方程,应用亨利定律将气液界面两侧的溶质浓度关联起来,在相界面处运用浓度阶跃条件,建立了一个柱坐标系下同时考虑两相界面处法向和切向浓度梯度的溶质浓度输运方程,并将方程进行了简化。本文使用有限体积法对构建的浓度输运方程进行离散,利用PIMPLE算法来计算压力-速度耦合方程。随后编写了本文求解器代码,模拟了二维轴对称情况下氧气-水体... 

【文章来源】：湘潭大学湖南省

【文章页数】：85 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

任意六面体控制体积

湘潭大学硕士学位论文气液界面传质模型研究420s0.1s0.3s0.5s图4.5不同模型在不同时刻的氧气浓度分布图（由左到右依次是本文提出的模型、Haroun等[46]模型、Marchall等[47]模型以及Deising等[48]模型的预测结果；由上到下依次是0s、0.1s、0.3s、0.5s时四个模型的预测结果）C(mol/m3)

出的三个模型模拟得到的氧气浓度、传质系数随时间的变化差异性不大，尤其是Marchall等模型和Deising等模型，吕志超[84]在模拟丙酮-水体系中丙酮液滴静止上升的液液传质过程中也发现这种现象。在前文中提到，前人的模型大都没有考虑两相界面处切向分子扩散引起的溶质切向浓度梯度，本文提出的模型考虑到了这一浓度梯度，而且本文模型预测的气液传质过程中的浓度变化、浓度分布与他们模型预测的结果有了一定的差别。本文就溶质切向浓度梯度这一项进行了考虑，在模拟过程中单独输出这一项（令溶质切向浓度梯度项为F6），如图4.6所示，发现本文所考虑的溶质切向浓度梯度这一项在在整个传质过程中均为负值。0.1s0.3s0.5s图4.6溶质切向浓度项在气泡表面作用结果

【参考文献】：
期刊论文
[1]液体表面张力及黏度变化对气液传质过程的影响[J]. 李静.  山西化工. 2018(01)
[2]液体黏度对CO2吸收塔规整填料传质性能的影响[J]. 童川,于笑丹,陈健,王万福.  化学工程. 2015(09)
[3]吸收式热泵中表面活性剂的强化机制研究[J]. 孙健,付林,张世钢.  制冷与空调. 2010(03)
[4]Level set方法数值模拟单液滴传质中的Marangoni效应[J]. 王剑峰,杨超,毛在砂.  中国科学（B辑:化学）. 2008(02)
[5]自由界面气液传质系数的旋涡作用模型[J]. 罗和安,胡蓉蓉,刘平乐,王良芥.  化工学报. 2002(11)
[6]Experimental and Numerical Investigations of Single Drop Mass Transfer in Solvent Extraction Systems with Resistance in Both Phases[J]. 李天文,毛在砂,陈家镛,费维扬.  Chinese Journal of Chemical Engineering. 2002(01)

硕士论文
[1]两相界面传质过程的模型构建及数值模拟[D]. 吕志超.湘潭大学 2019
[2]气相添加第二组分对水溶解CO2过程界面对流影响的LIF/PIV实验研究[D]. 胡楠.天津大学 2017



本文编号：3605447