在相際傳質(zhì)過程中,相界面處的濃度梯度會產(chǎn)生密度梯度或表面張力梯度,若上述梯度導(dǎo)致界面失穩(wěn)則會引發(fā)界面處的自然對流。其中,由密度梯度引發(fā)的界面對流現(xiàn)象被稱為Rayleigh效應(yīng),由表面張力梯度引發(fā)的界面對流現(xiàn)象被稱為Marangoni效應(yīng)。界面對流的產(chǎn)生能夠大大提高傳質(zhì)效率,因此研究界面對流現(xiàn)象對強化吸收、精餾、反應(yīng)等化工單元操作具有重要意義。本文建立了一種用于研究界面對流現(xiàn)象的實驗定量觀測技術(shù)——粒子成像測速(PIV)和激光誘導(dǎo)熒光(LIF)的聯(lián)用技術(shù),同步獲得了傳質(zhì)過程中的液相速度場和濃度分布,定量分析了界面對流的發(fā)展過程及其引起的液相湍動程度和傳質(zhì)增強效果,通過實驗研究獲得了對界面對流傳質(zhì)過程中動量傳遞與質(zhì)量傳遞間相互作用關(guān)系的全新認(rèn)識。研究表明伴隨Rayleigh效應(yīng)的傳質(zhì)特性表現(xiàn)為近界面渦旋流動驅(qū)動下的對流傳質(zhì),其中渦量是影響傳質(zhì)速率的主要因素。通過實驗關(guān)聯(lián)建立了傳質(zhì)系數(shù)與渦量之間的定量關(guān)系,進(jìn)而為通過速度場測量估算Rayleigh對流條件下的傳質(zhì)系數(shù)提供了一種簡單有效的方法。對Rayleigh對流傳質(zhì)過程的測量和分析表明對流的發(fā)生顯著提高了由傳質(zhì)和黏性耗散引起的過程不可逆程度,...

【文章頁數(shù)】：101 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第一章 文獻(xiàn)綜述
    1.1 引言
    1.2 氣液傳質(zhì)過程中界面對流的實驗研究進(jìn)展
        1.2.1 氣液傳質(zhì)過程界面對流的光學(xué)測量方法
        1.2.2 Rayleigh效應(yīng)的實驗研究
        1.2.3 Marangoni效應(yīng)的實驗研究
    1.3 氣液傳質(zhì)理論及其發(fā)展
        1.3.1 經(jīng)典傳質(zhì)理論
        1.3.2 邊界層理論及其發(fā)展
        1.3.3 湍流傳質(zhì)模型的發(fā)展
    1.4 熵產(chǎn)及其研究
        1.4.1 熵產(chǎn)的含義
        1.4.2 熵產(chǎn)的研究
    1.5 本文主要工作及研究意義
第二章 PIV/LIF聯(lián)用技術(shù)
    2.1 粒子成像測速技術(shù)原理
    2.2 激光誘導(dǎo)激光技術(shù)原理
    2.3 水中CO₂ 濃度的測量原理
        2.3.1 熒光劑的選擇
        2.3.2 搭配pH計的堿滴定法
    2.4 實驗裝置
        2.4.1 PIV/LIF數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
        2.4.2 氣液傳質(zhì)系統(tǒng)
    2.5 實驗步驟及操作
        2.5.1 實驗前的準(zhǔn)備
        2.5.2 PIV/LIF圖像的尺寸標(biāo)定
        2.5.3 標(biāo)定曲線的獲取
        2.5.4 實驗操作
        2.5.5 PIV/LIF圖像處理
    2.6 本章小結(jié)
第三章 傳質(zhì)Rayleigh效應(yīng)的測量及傳質(zhì)系數(shù)的預(yù)測
    3.1 實驗條件
    3.2 結(jié)果與討論
        3.2.1 濃度分布與速度分布
        3.2.2 傳質(zhì)系數(shù)的計算
        3.2.3 渦量分析
        3.2.4 傳質(zhì)系數(shù)與渦量的關(guān)聯(lián)
    3.3 本章小結(jié)
第四章 氣液傳質(zhì)過程中Rayleigh效應(yīng)的熵產(chǎn)分析
    4.1 實驗裝置及操作
    4.2 局域熵產(chǎn)率的計算
    4.3 結(jié)果與討論
        4.3.1 不同Ra數(shù)下的Rayleigh對流測量
        4.3.2 局域熵產(chǎn)率的分析
        4.3.3 全局熵產(chǎn)率的分析
    4.4 本章小結(jié)
第五章 伴隨液相主體流動的界面對流現(xiàn)象測量及傳質(zhì)動力學(xué)分析
    5.1 實驗裝置
    5.2 乙醇中CO₂ 濃度的定量方法
    5.3 實驗步驟及操作
    5.4 伴隨液相主體流動的傳質(zhì)Rayleigh效應(yīng)研究
        5.4.1 氣液接觸裝置
        5.4.2 靜止液相的Rayleigh效應(yīng)測量
        5.4.3 伴隨液相層流流動的Rayleigh效應(yīng)測量
        5.4.4 傳質(zhì)動力學(xué)分析
    5.5 伴隨液相主體流動的傳質(zhì)Marangoni效應(yīng)研究
        5.5.1 氣液接觸裝置
        5.5.2 靜止液相的Marangoni效應(yīng)測量
        5.5.3 伴隨液相層流流動的Marangoni效應(yīng)測量
        5.5.4 傳質(zhì)動力學(xué)分析
    5.6 本章小結(jié)
第六章 結(jié)論與展望
    6.1 研究結(jié)論
    6.2 研究創(chuàng)新點
    6.3 研究展望
附錄
參考文獻(xiàn)
發(fā)表論文和參加科研情況說明
致謝



本文編號：4024948