在兩相界面上,往往伴隨著傳熱或傳質(zhì)過程,容易發(fā)生溫度或溶質(zhì)濃度不均勻（或表面活性劑分布不均勻）并導致界面張力梯度的產(chǎn)生,引發(fā)界面附近流體流動,這種界面不穩(wěn)定性被稱為Marangoni效應(yīng)。因其發(fā)生在傳熱或傳質(zhì)邊界層及附近區(qū)域,會對傳熱或傳質(zhì)過程造成重大的影響。然而在化工工業(yè)生產(chǎn)中,尤其是液液或氣液兩相接觸設(shè)備及反應(yīng)器中,生產(chǎn)效率往往依賴于通過液滴或氣泡的表面的溶劑或反應(yīng)物的傳遞過程速率,例如廣泛應(yīng)用的吸收、精餾和萃取中的傳熱傳質(zhì)過程以及攪拌槽或微反應(yīng)器中的化學反應(yīng)過程等。因此,深入研究相間傳熱／傳質(zhì)與Marangoni效應(yīng)的相互作用,一方面有助于深刻理解傳遞機理,完善其相間傳質(zhì)理論；另一方面可建立可靠的傳熱／傳質(zhì)系數(shù)經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式,對分離設(shè)備和反應(yīng)器的設(shè)計放大至關(guān)重要。Marangoni效應(yīng)是多相流動與相間傳熱／傳質(zhì)過程高度耦合的結(jié)果,機理十分復雜。本文主要考察傳質(zhì)引起的Marangoni效應(yīng)。為了簡化問題,通常假定在恒溫系統(tǒng)中,單個液滴或氣泡在另一不互溶液體組成的無限大連續(xù)相中做非穩(wěn)態(tài)運動并伴隨傳質(zhì)過程。初始時刻,液滴或氣泡為球形且無速度。在此模型基礎(chǔ)上,本文改進了Levelset方法計... 

【文章來源】：中國科學院大學(中國科學院過程工程研究所)北京市

【文章頁數(shù)】：155 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 文獻綜述
    1.1 引言
    1.2 Marangoni效應(yīng)的研究進展
        1.2.1 Marangoni效應(yīng)的發(fā)生
        1.2.2 Marangoni效應(yīng)的發(fā)展
        1.2.3 Marangoni效應(yīng)與相間傳質(zhì)過程
        1.2.4 表面活性劑對Marangoni效應(yīng)的影響
        1.2.5 小結(jié)
    1.3 數(shù)值模擬方法
        1.3.1 多相流的數(shù)值計算方法
        1.3.2 相間傳質(zhì)的模擬研究
    1.4 論文研究內(nèi)容簡介
2 Level set方法計算兩相流動及相間傳質(zhì)的數(shù)學模型
    2.1 前言
    2.2 數(shù)學模型
        2.2.1 Level set方法追蹤界面運動
        2.2.2 Level set方法模擬相間傳質(zhì)控制方程
    2.3 控制方程的無量綱化
    2.4 數(shù)值離散方法
        2.4.1 SIMPLEC算法離散動量控制方程和壓力方程
        2.4.2 曲率的計算
        2.4.3 Level set函數(shù)φ控制方程的離散化
        2.4.4 Level set函數(shù)φ重新初始化方程的離散化
        2.4.5 相間傳質(zhì)方程的離散化
        2.4.6 時間步長的選取
    2.5 計算步驟
    2.6 本章小結(jié)
3 單氣泡在剪切變稀流體中溶解過程的模擬
    3.1 引言
    3.2 數(shù)學模型與計算方法
        3.2.1 控制方程
        3.2.2 體積修正法
        3.2.3 并行計算方法
        3.2.4 網(wǎng)格無關(guān)性
    3.3 結(jié)果與討論
        3.3.1 模擬體系
        3.3.2 氣泡體積預測
        3.3.3 氣液傳質(zhì)系數(shù)
        3.3.4 濃度場與粘度分布
    3.4 本章小結(jié)
4 Semi-Lagrangian對流格式模擬相間傳質(zhì)及Marangoni效應(yīng)
    4.1 前言
    4.2 數(shù)值方法
        4.2.1 水平集方法求解液液兩相流動及傳質(zhì)Marangoni效應(yīng)
        4.2.2 Level set方法求解相間傳質(zhì)
        4.2.3 Semi-Lagrangian對流離散格式
        4.2.4 計算域及邊界條件
    4.3 數(shù)值方法驗證
        4.3.1 算法區(qū)域選擇
        4.3.2 網(wǎng)格無關(guān)性討論
        4.3.3 相間傳質(zhì)計算驗證
    4.4 結(jié)果與討論
        4.4.1 傳質(zhì)系數(shù)預測（有Marangoni效應(yīng)）
        4.4.2 Marangoni效應(yīng)對傳質(zhì)系數(shù)的影響
        4.4.3 傳質(zhì)Marangoni的發(fā)展
    4.5 本章小結(jié)
5 單個球形液滴的非穩(wěn)態(tài)運動及傳質(zhì)Marangoni效應(yīng)的三維模擬
    5.1 引言
    5.2 數(shù)學模型
        5.2.1 球坐標系下兩相流運動控制方程
        5.2.2 液滴受力分析
        5.2.3 球坐標系下的相間傳質(zhì)控制方程
        5.2.4 控制方程的數(shù)值計算方法
        5.2.5 數(shù)值計算步驟
    5.3 網(wǎng)格無關(guān)性討論
    5.4 模型驗證
    5.5 結(jié)果與討論
        5.5.1 Marangoni效應(yīng)的三維構(gòu)型
        5.5.2 Marangoni效應(yīng)對傳質(zhì)系數(shù)的影響
        5.5.3 Marangoni效應(yīng)對液滴速度的影響
        5.5.4 Marangoni效應(yīng)的空間限制
    5.6 本章小結(jié)
6 具有可變形界面的相間傳質(zhì)及Marangoni效應(yīng)的三維模擬
    6.1 引言
    6.2 數(shù)學方法
    6.3 計算設(shè)置
    6.4 結(jié)果與討論
    6.5 本章小結(jié)
7 結(jié)論與展望
    7.1 結(jié)論
    7.2 創(chuàng)新點
    7.3 展望
符號表
參考文獻
附錄A
個人簡歷及發(fā)表文章目錄
致謝


【參考文獻】：
期刊論文
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本文編號：3152668