氣液傳質(zhì)過程中界面對流的紋影實驗研究.pdf

1、相際傳遞過程中溫度或濃度不均勻分布可使近界面流體產(chǎn)生差異，并以此引發(fā)界面對流：密度梯度驅(qū)動的Rayleigh對流及表面張力梯度驅(qū)動的Marangoni對流。在氣液傳質(zhì)領(lǐng)域，界面對流能夠在不依靠外部能量的情況下加速流體微元的表面更新速率，促進不同濃度的流體進行混合，能夠增強傳質(zhì)過程，對化工單元操作有重要意義。
　　文中利用紋影系統(tǒng)記錄了氣液傳質(zhì)裝置中的二維傳質(zhì)圖像，分別定性分析了Rayleigh對流、Marangoni對流以及Ray

2、leigh-Bénard-Marangoni（RBM）對流。對傳質(zhì)紋影圖像進行定量分析后，進一步研究Rayleigh對流的引發(fā)與發(fā)展，并表征了界面對流對傳質(zhì)過程的影響。此外，首次獲取了RBM對流在液層主體中的濃度場，探討了其對流結(jié)構(gòu)及兩種不穩(wěn)定效應(yīng)間的相互作用。
　　液層的主視紋影圖像表明：在 CO2吸收或解吸的初期，氣液界面下方因溶質(zhì)梯度形成的均勻暗條紋將隨著分子擴散逐步向液層主體滲透，并在驅(qū)動力克服流體粘滯阻力后出現(xiàn)條紋的變形

3、，繼而形成對流胞。密度差異驅(qū)動的Rayleigh對流在向主體運動的過程中逐步發(fā)展與匯聚，并形成其典型的羽狀對流結(jié)構(gòu)。表面張力差異驅(qū)動的Marangoni對流由小的渦狀元胞進行聚合與發(fā)展，并在浮力的作用下形成界面環(huán)流結(jié)構(gòu)。有機水溶液解吸過程中的RBM對流引發(fā)后，在界面下方形成了較小流元胞在融合與發(fā)展中變大，并逐步向液相主體發(fā)展，兼具了兩種對流效應(yīng)的對流結(jié)構(gòu)特征。
　　定量分析結(jié)果表明：吸收過程中界面濃度的橫向差異不僅影響了 Rayl

4、eigh對流的引發(fā)，且相應(yīng)的界面張力梯度在對流發(fā)展過程中促進了對流胞的融合。Rayleigh對流向主體發(fā)展的過程促進了流體的混合降低了液相傳質(zhì)阻力，以真實的濃度差異為傳質(zhì)推動力計算了吸收過程中傳質(zhì)系數(shù)的變化，結(jié)果表明界面對流對氣液傳質(zhì)過程有明顯的增強作用。在有機水溶液解吸中， Rayleigh效應(yīng)與Marangoni效應(yīng)共同作用形成RBM對流，界面流體表面張力梯度表明，對流胞中心處較大的張力梯度驅(qū)動著兩側(cè)的近界層流體進入元胞，加速了流體