降膜吸收CO2界面現(xiàn)象數(shù)值研究.pdf

1、目前我國(guó)能量的供給主要是依靠傳統(tǒng)化石能源的燃燒，隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，能源消費(fèi)的增加，CO2的排放量也逐年增長(zhǎng)，由此造成的溫室效應(yīng)給人們的生存和生活帶來(lái)了巨大的威脅，碳捕集與封存技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。在眾多碳捕集方法中降膜法因具有驅(qū)動(dòng)能耗低、設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳熱傳質(zhì)效率高等優(yōu)點(diǎn)引起了眾多研究者的關(guān)注。本文針對(duì)降膜吸收器內(nèi)的熱質(zhì)耦合及其強(qiáng)化問(wèn)題，做了以下幾個(gè)方面的研究：
　?、俳⒘艘掖及匪芤汗饣瑢恿鹘的の誄O2的數(shù)學(xué)模型，研究了降膜流動(dòng)過(guò)

2、程中液膜內(nèi)部、氣液相界面上溫度、濃度的分布規(guī)律，并討論了液膜內(nèi)熱通量、質(zhì)量通量和CO2吸收速率沿液膜下降方向的變化規(guī)律。結(jié)果表明：界面溫度在入口處迅速上升，隨后呈指數(shù)規(guī)律下降；相界面處的熱通量、質(zhì)量通量、液膜流動(dòng)方向上 CO2吸收速率在入口處直線下降，隨后小幅變化，說(shuō)明吸收作用主要發(fā)生在入口段附近。為CO2減排方法的改進(jìn)與提高提供理論指導(dǎo)。
　?、诮的ち鲃?dòng)具有不穩(wěn)定性，這種性質(zhì)所表現(xiàn)出來(lái)的動(dòng)力學(xué)行為會(huì)對(duì)液膜內(nèi)部的傳熱傳質(zhì)產(chǎn)生較大的

3、影響，為深入了解這一機(jī)理建立了氣液逆流降膜模型，研究了逆向氣相速度、液相雷諾數(shù)對(duì)相界面湍動(dòng)、界面面積、液膜內(nèi)部速度場(chǎng)、壓力場(chǎng)的影響。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)液相雷諾數(shù)在6~100范圍內(nèi)，逆向氣相速度為零時(shí)，隨著液相雷諾數(shù)的減小相界面發(fā)生湍動(dòng)的位置提前，界面處的壓力、剪切力變化加劇。在較高逆向氣相速度（3~5m/s）時(shí)界面面積隨著液相雷諾數(shù)的增加呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)。界面湍動(dòng)隨逆向氣相速度的增加而增強(qiáng)。當(dāng)逆向氣相速度較高時(shí)液膜內(nèi)部的壓力變化劇烈，壓

4、力梯度增大，且液膜波峰處會(huì)產(chǎn)生循環(huán)流動(dòng)。
　?、劢的ぐ灞砻嫘蚊才c壁面接觸角會(huì)對(duì)降膜流動(dòng)過(guò)程中液膜的鋪展產(chǎn)生較大的影響，針對(duì)這一現(xiàn)象建立了三維降膜流動(dòng)模型，并與前人的實(shí)驗(yàn)與理論數(shù)據(jù)對(duì)比，吻合良好。研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)降膜板為橫向波紋板時(shí)，液膜界面湍動(dòng)最強(qiáng)，概率密度分布函數(shù)(PDF)峰值出現(xiàn)的位置最大，此時(shí)波紋板的波谷處會(huì)有循環(huán)流動(dòng)產(chǎn)生。隨著壁面接觸角的減小與液相雷諾數(shù)的增加液膜會(huì)依次從滴狀流到溪流、片狀流、完整流轉(zhuǎn)變；當(dāng)壁面接觸角在親水范圍內(nèi)

5、時(shí)，液膜PDF峰值出現(xiàn)的位置幾乎不變。
　?、苡蓽囟炔痪鸬臒酠arangoni效應(yīng)會(huì)對(duì)降膜流動(dòng)過(guò)程中液膜鋪展特性、液膜吸收產(chǎn)生較大影響，針對(duì)這一問(wèn)題建立了三維降膜模型。研究了降膜板與液膜間不同溫差下液膜表面的溫度分布、厚度分布及對(duì)降膜吸收效果的影響。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)液膜溫度高于降膜板溫度時(shí)，液膜的擴(kuò)展寬度隨著液膜與降膜板之間溫差的增加而增加，液膜內(nèi)部邊緣區(qū)域的速度場(chǎng)會(huì)向液膜的外側(cè)發(fā)生較大的偏轉(zhuǎn)，根據(jù)這一現(xiàn)象可以將液膜分為中心區(qū)域與