气液传质过程中界面对流现象的PIV/LIF测量及研究

发布时间：2025-01-09 01:42

　　在相际传质过程中,相界面处的浓度梯度会产生密度梯度或表面张力梯度,若上述梯度导致界面失稳则会引发界面处的自然对流。其中,由密度梯度引发的界面对流现象被称为Rayleigh效应,由表面张力梯度引发的界面对流现象被称为Marangoni效应。界面对流的产生能够大大提高传质效率,因此研究界面对流现象对强化吸收、精馏、反应等化工单元操作具有重要意义。本文建立了一种用于研究界面对流现象的实验定量观测技术——粒子成像测速(PIV)和激光诱导荧光(LIF)的联用技术,同步获得了传质过程中的液相速度场和浓度分布,定量分析了界面对流的发展过程及其引起的液相湍动程度和传质增强效果,通过实验研究获得了对界面对流传质过程中动量传递与质量传递间相互作用关系的全新认识。研究表明伴随Rayleigh效应的传质特性表现为近界面涡旋流动驱动下的对流传质,其中涡量是影响传质速率的主要因素。通过实验关联建立了传质系数与涡量之间的定量关系,进而为通过速度场测量估算Rayleigh对流条件下的传质系数提供了一种简单有效的方法。对Rayleigh对流传质过程的测量和分析表明对流的发生显著提高了由传质和黏性耗散引起的过程不可逆程度,...

【文章页数】：101 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 文献综述
    1.1 引言
    1.2 气液传质过程中界面对流的实验研究进展
        1.2.1 气液传质过程界面对流的光学测量方法
        1.2.2 Rayleigh效应的实验研究
        1.2.3 Marangoni效应的实验研究
    1.3 气液传质理论及其发展
        1.3.1 经典传质理论
        1.3.2 边界层理论及其发展
        1.3.3 湍流传质模型的发展
    1.4 熵产及其研究
        1.4.1 熵产的含义
        1.4.2 熵产的研究
    1.5 本文主要工作及研究意义
第二章 PIV/LIF联用技术
    2.1 粒子成像测速技术原理
    2.2 激光诱导激光技术原理
    2.3 水中CO₂ 浓度的测量原理
        2.3.1 荧光剂的选择
        2.3.2 搭配pH计的碱滴定法
    2.4 实验装置
        2.4.1 PIV/LIF数据采集系统
        2.4.2 气液传质系统
    2.5 实验步骤及操作
        2.5.1 实验前的准备
        2.5.2 PIV/LIF图像的尺寸标定
        2.5.3 标定曲线的获取
        2.5.4 实验操作
        2.5.5 PIV/LIF图像处理
    2.6 本章小结
第三章 传质Rayleigh效应的测量及传质系数的预测
    3.1 实验条件
    3.2 结果与讨论
        3.2.1 浓度分布与速度分布
        3.2.2 传质系数的计算
        3.2.3 涡量分析
        3.2.4 传质系数与涡量的关联
    3.3 本章小结
第四章 气液传质过程中Rayleigh效应的熵产分析
    4.1 实验装置及操作
    4.2 局域熵产率的计算
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 不同Ra数下的Rayleigh对流测量
        4.3.2 局域熵产率的分析
        4.3.3 全局熵产率的分析
    4.4 本章小结
第五章 伴随液相主体流动的界面对流现象测量及传质动力学分析
    5.1 实验装置
    5.2 乙醇中CO₂ 浓度的定量方法
    5.3 实验步骤及操作
    5.4 伴随液相主体流动的传质Rayleigh效应研究
        5.4.1 气液接触装置
        5.4.2 静止液相的Rayleigh效应测量
        5.4.3 伴随液相层流流动的Rayleigh效应测量
        5.4.4 传质动力学分析
    5.5 伴随液相主体流动的传质Marangoni效应研究
        5.5.1 气液接触装置
        5.5.2 静止液相的Marangoni效应测量
        5.5.3 伴随液相层流流动的Marangoni效应测量
        5.5.4 传质动力学分析
    5.6 本章小结
第六章 结论与展望
    6.1 研究结论
    6.2 研究创新点
    6.3 研究展望
附录
参考文献
发表论文和参加科研情况说明
致谢



本文编号：4024948