本文選題：界面?zhèn)髻|(zhì) + Marangoni效應(yīng)�。� 參考：《天津大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：相際傳質(zhì)過程產(chǎn)生的近界面處流體物性差異可能引發(fā)界面對流。根據(jù)驅(qū)動力的不同,界面對流可分為由界面張力梯度引發(fā)的Marangoni對流和由密度梯度引發(fā)的Rayleigh對流。界面對流的產(chǎn)生能夠促進界面處流體微元的更新,從而加快傳質(zhì)過程,因此界面對流效應(yīng)的深入研究對解吸、吸收、精餾和萃取等傳質(zhì)分離過程的意義非常重大。文中通過改進后的紋影觀測系統(tǒng)和氣液傳質(zhì)裝置,對不同體系在傳質(zhì)過程中產(chǎn)生的Marangoni對流和Rayleigh對流進行了考察,得到了這些過程中界面對流結(jié)構(gòu)的引發(fā)、演化和消退過程的紋影圖片。從大量的紋影圖像可以得出界面對流是由Marangoni效應(yīng)與Rayleigh效應(yīng)耦合疊加后的產(chǎn)物,而且還受到諸如實驗流體物性差異和實驗觀察液層厚度等因素的影響,使得對流結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。在界面對流引發(fā)之前,傳質(zhì)以擴散形式進行,界面保持靜止,這個過程持續(xù)的時間隨著實驗條件不同而不同。Marangoni效應(yīng)引起的界面對流結(jié)構(gòu)是流體往四周擴張的結(jié)構(gòu),根據(jù)對流形成時間和物性不同界面對流結(jié)構(gòu)會有一定差異。乙醇解吸CO_2體系中,對流剛剛形成時,界面對流結(jié)構(gòu)呈圓形,之后多個對流結(jié)構(gòu)相接觸,因為空間限制轉(zhuǎn)變?yōu)槎噙呅螌α鹘Y(jié)構(gòu)。乙酸乙酯水溶液解吸過程中,較大的對流強度導(dǎo)致其對流結(jié)構(gòu)尺寸較大且形狀不太規(guī)則。Rayleigh不穩(wěn)定的傳質(zhì)過程中,界面從平靜轉(zhuǎn)變?yōu)槎噙呅谓Y(jié)構(gòu),不同于Marangoni多邊形對流結(jié)構(gòu),之后這些多邊形破碎,對流結(jié)構(gòu)變?yōu)闊o序混沌狀。此外對導(dǎo)致界面對流產(chǎn)生的Marangoni效應(yīng)進行了詳細(xì)研究,包括對流的立體結(jié)構(gòu)、引發(fā)過程和其導(dǎo)致的界面變形等。分別從俯視和主視方向?qū)Ξa(chǎn)生對流的液相進行觀察,獲得了Marangoni對流中流體微元的運動模式。以單個Marangoni對流結(jié)構(gòu)作為分析對象,研究了其面積增長和半徑比變化。根據(jù)大量的紋影圖片,并結(jié)合表面變形詳細(xì)地描述了Marangoni對流引發(fā)過程。還利用定量紋影原理考察了Marangoni對流剛剛形成時液層相對高度分布圖,這些不同高度液面的形成是Marangoni對流與重力等抑制因素的共同結(jié)果。
[Abstract]:The physical properties of the fluid near the interface may lead to interfacial convection due to the interphase mass transfer process. According to the driving force, interfacial convection can be divided into Marangoni convection induced by interfacial tension gradient and Rayleigh convection caused by density gradient. The generation of interfacial convection can promote the renewal of fluid microelements at the interface, thus speeding up the mass transfer process. Therefore, the in-depth study of the interfacial convection effect is of great significance to the mass transfer separation processes such as desorption, absorption, distillation and extraction. Through the improved schlieren observation system and the gas-liquid mass transfer device, the Marangoni convection and Rayleigh convection produced by different systems in the mass transfer process are investigated, and the initiation of the interfacial convection structure in these processes is obtained. A picture of the evolution and extinction process. From a large number of schlieren images, it can be concluded that the interfacial convection is the product of the coupling superposition of the Marangoni effect and the Rayleigh effect, and is also affected by factors such as the physical property difference of the experimental fluid and the thickness of the liquid layer observed experimentally, which makes the convection structure more complicated. Prior to the initiation of interfacial convection, mass transfer takes place in the form of diffusion and the interface remains static. The duration of this process varies with the experimental conditions. The interfacial convection structure caused by the Marangoni effect is the structure of the fluid expanding around it. According to the time of formation of convection and physical properties, the convection structure of different interfaces will be different. In the ethanol desorption CO_2 system, the convection structure at the interface is circular when the convection is just formed, and then several convection structures contact each other, because the spatial limitation changes to polygonal convection structure. In the process of desorption of ethyl acetate solution, the larger convection intensity leads to the large size and irregular shape of the convection structure. The interface changes from calm to polygonal structure, which is different from the Marangoni polygonal convection structure. These polygons are then broken and the convective structure becomes chaotic. In addition, the Marangoni effect which leads to interfacial convection is studied in detail, including the three-dimensional structure of convection, the initiation process and the interface deformation caused by the convection. The motion patterns of the fluid elements in Marangoni convection were obtained by observing the liquid phase which produced convection from the subsurface direction and the principal apparent direction, respectively. The area growth and radius ratio change of a single Marangoni convection structure are studied. The Marangoni convection initiation process is described in detail according to a large number of schlieren images and surface deformation. Based on the principle of quantitative schlieren, the distribution of the relative height of the liquid layer at the beginning of Marangoni convection was investigated. The formation of these liquid surfaces at different altitudes is the result of the inhibition factors such as Marangoni convection and gravity.
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TQ021.4

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本文編號：1956199