正庚烷-丙酮混合物蒸发过程中的Marangoni对流

<正>庚烷-丙酮二元混合物在蒸发过程中由于蒸发热效应,导致界面温度下降,可引发Marangoni对流.通过点光源投影法观察Marangoni对流在此二元混合物蒸发过程中的演变过程,并结合流体体积模型和连续表面张力模型,对此传质过程中出现的Marangoni对流进行了数值计算,获取了速度场、浓度场及温度场信息,以及Marangoni对流对传质产生显著影响的起始时间.结果表明,传质过程伴随的热效应可引发Marangoni对流,并对传质有着重要影响.     

液-液传质过程中液滴内界面湍动现象

在水-丙酮-甲苯和水-丙酮-甲基异丁酮两种液-液体系中,使用放大投影法,在包括Rayleigh对流影响和排除Rayleigh对流影响的情况下,观察了溶质在液滴与连续相之间传质引发的界面湍动现象,结果表明,液-液传质过程中液滴内部的界面湍动强烈,对传质有强烈的促进作用.Marangoni对流单独作用下的液滴内部界面湍动强度大,可充满整个液滴内部,而当Marangoni对流与Rayleigh对流耦合存在时,液滴内部界面湍动强度较小,仅存在于液滴界面内侧附近,不能充满整个液滴内部空间.     

Marangoni对流数值模拟

通过对有机溶液在水表面溶解引发的Marangoni对流进行数值计算,表明表面张力变化导致的Marangoni对流在临近界面区域具有显著的强度和速度梯度,但在液相主体区域流速较低,模拟得到的最大表面速度数值及表面速度分布符合文献报道同条件下的实验结果.根据数值模拟得到的流场结果分析表明,Marangoni对流只是在近界面区域有着较高的界面流速,Marangoni对流对传质的影响主要是加速了表面更新,导致了较高的传质速率.     

传质过程中Marangoni对流的研究进展

传质过程中出现的Marangoni对流现象,能够促进界面更新,影响传质面积,对传质过程产生重要的影响.针对气液和液液传质过程中的Marangoni对流相关领域的研究,对Marangoni对流的实验观测、理论分析及数值模拟的研究成果进行了系统的总结和展望.     

气液界面传质过程Rayleigh对流模拟的格子Boltzmann方法

浓度梯度导致的Rayleigh对流是一种通常在传质过程中观察到的界面现象.为了模拟乙醇吸收CO2气液传质过程中界面传质引发的Rayleigh对流现象,提出了描述界面扰动的随机扰动模型,并建立了带有双分布模型的二维格子Boltzmann方法(LBM).模拟二维液相Rayleigh对流过程中,假设界面上CO2浓度为常数.通过模拟研究,确定了随机扰动模型的2个参数:局部扰动概率P和浓度扰动大小ρD.模拟结果表明,当0<ρD≤10-9,kg/m3、10-6≤P≤10-1时,平均液相传质系数存在一个稳定值:(1.09±0.02)×10-5,m/s.通过考察浓度分布结构,分析了Rayleigh对流的时空演化过程.根据模拟结果定义并计算了传质增强因子,其证明了Rayleigh对流能够有效地强化界面传质.     

苯酚在活性炭上的吸附平衡和吸附动力学

分别采用Freundlich模型和Langmuir模型对苯酚在活性炭上的吸附等温数据进行了拟合分析,并通过改变活性炭添加量和苯酚初始质量浓度研究苯酚在活性炭上的间歇搅拌槽吸附动力学;同时,在非线性吸附等温条件下,采用有限元法求解了包含液膜传质阻力和表面扩散阻力的均相扩散模型(HSDM),结合最小二乘法(单纯形法和麦夸尔特法交替计算)来获得液膜传质系数kf和表面扩散系数Ds,在采用麦夸尔特法估算参数的同时,对参数进行了给定区间的置信区间分析.结果表明:Langmuir模型能较好地描述苯酚在活性炭上的吸附等温曲线;HSDM可以有效预测苯酚在活性炭上的动态吸附行为;在一定搅拌速度下,活性炭添加量和苯酚初始质量浓度对液膜传质系数和表面扩散系数基本无影响;液膜传质系数远大于表面扩散系数,表明苯酚在活性炭上的动态吸附过程是由表面扩散控制的;所估算的kf值相对Ds值更为准确.     

间断界面上挥发性污染物传质研究

为研究间断界面动力学特性对挥发性污染物在间断界面上传质的作用,在 VOF 方法基础上,建立了忽略化学反应的挥发性污染物三维瞬态水气耦合迁移模型;在模型求解过程中,考虑水气大密度差的作用,提出全量限定离散格式。结果表明：乙醇溶液传质的数值计算结果与试验结果吻合较好;初始能量越高的水流,遇到障碍物后间断程度越高;间断程度的提高促进了挥发性污染物界面传质过程;高频水波带动空气中污染物迁移,空间上污染物浓度的波动频率随间断程度的增高而增高。     

丁酮在乳化液膜体系中油-水两相间液液传质研究

研究了丁酮乳化液膜体系中油水两相间液液传质系数、表面活性剂浓度、温度、搅拌速度等相关因素对体系液液传质的影响。实验发现表面活性剂在两相界面上形成单分子的界面层,该界面层在油水界面的传质阻力中占63%;温度及搅拌转速对体系的液液传质系数亦有影响,温度越高、搅拌速度越大,体系的传质系数越大。     

纳滤纯化低聚壳聚糖制备液的膜污染

为了实现纳滤纯化低聚壳聚糖制备液技术的工业化,对纳滤过程中膜污染的形成进行研究,分析了电解质浓度对纳滤膜吸附层污染的影响和纳滤运行中的能量分布情况以及吸附层对电解质截留率的影响。结果发现,膜面吸附层污染与浓差极化存在复杂的交互影响。运行初期传质过程主要受浓差极化控制,低聚壳聚糖在膜面吸附形成的浓流层使浓差极化进一步加剧;随着低聚壳聚糖在膜面累积数量的增大,传质过程逐渐转变为吸附层结构和浓差极化共同控制。膜面吸附层的形成分为浓流层和致密层两个阶段,其中致密层是造成纳滤膜脱盐和操作性能恶化的主要原因,在操作过程中应及时控制和减缓该层的形成。     

Marangoni效应对降膜流动影响的模拟研究

采用计算流体力学的方法,提出了1个三维模型来研究竖直板上受热和受冷降膜的Marangoni效应对降膜流动的影响,得到了液膜表面温度、速度、涡量以及润湿面积比等参数随时间变化关系.模拟结果表明,液膜受冷其润湿面积增大,受热收缩.Marangoni效应在液膜的水平方向表现得更加明显,受热液膜径向修正Marangoni数为轴向修正Marangoni数的8倍.受热液膜表面波动加强,边缘处涡量增大,而液膜主体流向速度由于受到液膜收缩的影响也增大.     

Th (Ⅳ)在铀尾矿库周边土壤中的吸附研究

为明确溶液初始pH、固液比、初始浓度、接触时间、温度等因素对土壤吸附钍的影响,通过静态平衡吸附实验探究了Th(Ⅳ)在铀尾矿库周边土壤中的吸附行为.结果 表明,溶液初始pH、初始浓度、固液比、温度对土壤样品吸附Th(Ⅳ)的影响较大.在酸性条件下,土壤中含有的蒙脱石表面会被质子化,吸附率也会增加.吸附动力学模型及等温吸附模...     

吸附性微粒增强气液传质的一维非稳态非均相模型

为研究吸附性微粒对气液传质的增强机理，基于渗透理论，考虑微粒的吸附性，建立了吸附性微粒增强气液传质模型，并通过求解模型讨论了加入吸附性微粒后液相物性的改变、微粒到气液界面的停留时间以及微粒的粒径对气液传质的影响．结果表明，离气液界面越近，粒径越小，微粒的吸附能力越大，增强因子越大；在相同的固体含率和固液分配系数下．增强因子随微粒在气液界面停留时间的增加而增加，但是当停留时间超过一定值后，随着停留时间的增加，增强因子下降．考虑表观黏度的影响，在质量固含率小于4％时，随着固含率的增加，增强因子增加，当固含率再增加，则增强因子减小．研究表明，在液相中加入吸附微粒，对气液传质有明显影响．     

2-乙基已基膦酸单(2-乙基已基)酯的界面性质研究

对HEHEHP-正庚烷/(H2,Na2)SO4 液-液体系的界面性质进行研究,计算界面吸附特性参数CAC,Cm in 和AI 及吉布斯吸附自由能 ΔGad,发现 Gibbs,Szyzkow ski 和Polynom ial吸附等温式与实验结果相近,并对实验结果进行分析和讨论.     

闭式循环振荡热管内气液两相流数值模拟

建立了考虑气液界面存在及其表面张力影响的较全面描述振荡热管内气液两相流动、传热传质和相变过程的气液两相流数理模型.模型中气液分布及界面运动采用VOF方法,表面张力影响采用CSF模型,对一典型闭式循环振荡热管起始工作阶段进行数值模拟.结果表明:所建立的模型成功模拟了振荡热管初始气液分布,启动阶段管内的泡状流、柱塞流、环状/半环状流和壁面回流等复杂气液流动流型和转变,以及起始循环阶段环状流和柱塞流在竖直管段内交替出现的现象.结果与相关定性实验观测非常一致,进而分析了启动阶段2个过渡管段内工质的流动及传热.分析表明在绝热段和冷凝段之间的过渡段,工质温度、压力和流型的变化明显,管内传热工况的转变主要发生在该区域内.     

气体变压吸附非等温非绝热非平衡模型计算

分析了固定床吸附过程中流动、传热和传质过程,将多孔介质内传输模型应用于吸附过程研究,建立了大含量强吸附的非等温非绝热非平衡模型,传质过程采用线性驱动力模型.应用有限体积差分法对方程进行离散,使用SIMPLE法进行压力一速度修正.使用迭代法进行方程求解.采用此新模型计算了定壁温条件下圆筒形沸石13X吸附床对质量浓度为0.176 kg/m2的二氧化碳/氮气双组分气体的吸附过程,并对结果进行了分析.模型可以合理地计算吸附传质与传热之间的耦合关系,结果符合前人的实验结果.计算结果表明:吸附过程中温度变化非常显著对吸附量的增大和处理周期的缩短都是不利的,对吸附过程温度的变化进行抑制是提高吸附分离效果的有效途径.     

气-液界面处疏水碳酸钙纳米颗粒的分布行为及其对传质过程影响的研究

在纳米碳酸钙原位改性、碳酸钙基润滑油清净剂制备等过程中,疏水碳酸钙纳米颗粒易富集在气-液界面处并对气-液传质过程造成影响。为揭示疏水碳酸钙纳米颗粒的分布行为,并量化其对传质过程的影响程度,提出利用探索界面处颗粒层流变行为的方法来确定疏水性碳酸钙纳米颗粒在气-液界面上的吸附量,并预测其对传质过程的影响。一方面,通过对界面处疏水碳酸钙颗粒层进行流变测量,量化不同疏水性颗粒加入条件下界面处的表面压力;另一方面,利用膜分散微反应器进行Ca（OH）₂溶液-CaCO₃疏水颗粒体系吸收CO₂的传质行为研究。研究结果表明,碳酸钙纳米颗粒的疏水性和颗粒表面浓度会直接影响颗粒的分布状态,进而改变界面处的表面压力,最终导致传质效率出现差异。当颗粒达到临界浓度、颗粒层呈现不可压缩的流变状态时,气-液传质系数会降低约一个数量级（从10^-3 m/s到10^-4 m/s）。此外,还进一步提出了气-液界面处表面压力与液相中碳酸钙纳米颗粒疏水性和表面浓度关系的计算式,进而确定了气-液体系原位合成改性碳酸钙纳米颗粒的适宜操作范围。     

烷烃中少量芳烃的模拟移动床吸附及模拟

在实验研究烷烃中少量芳烃的模拟移动床吸附动态过程及其条件的基础上,用模拟移动床吸附模型进行了模型化拟合计算,传质采用线性推动力模型,得出轴向扩散系数和总传质系数.结果表明:模拟移动床吸附动态模型的计算值与实验值相符;用吸附动态模型计算得出的轴向扩散系数与由关联式计算出的值相一致,且与流速成正比;总传质系数随着进料流量的增加而增大;区域Ⅰ和区域Ⅱ中,总传质系数随着温度和质量分数的升高而逐渐增大.区域Ⅲ和区域Ⅳ中,总传质系数随着温度的升高和质量分数的降低而逐渐减小.在低流量下,区域Ⅲ和区域Ⅳ中的总传质系数远比区域Ⅰ和区域Ⅱ中的总传质系数小.以上实验与计算结果为在直链烷基苯的生产过程中,降低循环烷烃中芳构化物的含量,实现延长脱氢催化剂的寿命提供了技术基础.     

表面蒸发对环形液池内稳态热毛细对流的影响

为了解表面蒸发对环形液池内热毛细对流的影响,对4℃冷水在其纯蒸汽环境中蒸发时的热毛细对流进行了数值模拟。结果表明,表面蒸发质量通量与液池内热毛细对流相互耦合,随着蒸发Biot数的增加,表面温度降低,热壁附近蒸发质量通量增大,但冷壁附近蒸发质量通量与Marangoni数密切相关;当Marangoni数较小时,蒸发界面无因次总蒸发质量随蒸发Biot数的增加而增大,当Marangoni数较大时,总蒸发质量随蒸发Biot数先增大、后减小;随着液池深宽比和半径比的增加,流动增强,总蒸发质量也增加。     

浓度推动力对液液传质速率的影响

选用几种液液体系，研究了浓度推动力引发的界面扰动对传质速的增强效应，实验在扩散槽中进行，利用激光全息干涉装置拍摄了界面现象的全息图，结果表明，由于界面扰动，传质总系数可增大１．５－４倍，获得了传质系的关联式。     

二元驱油水界面Marangoni对流启动残余油机理

二元驱的Marangoni对流在启动油藏残余油方面有重要作用,研究其微观机理对更好地应用二元驱技术提高采收率具有重大意义。设计了验证Na_2CO_3溶液、KPA表活剂溶液及二者的二元驱溶液与原油接触后产生Marangoni对流效果的实验和利用能产生强Marangoni对流的二元驱进行微观仿真模型驱油的实验,分析了二元驱中油水界面Marangoni对流启动残余油微观机理。结果表明:Na_2CO_3溶液、KPA表活剂溶液及二元混合溶液与原油接触后都能产生Marangoni对流效果,且浓度越大,Marangoni对流效果越好;Na_2CO_3和KPA对于产生Marangoni对流有协同作用;1.2%Na_2CO_3和0.3%KPA二元驱产生的强Marangoni对流引起了界面扰动和自发乳化作用,对启动膜状、岛状和盲端等残余油均有显著效果。建议油田采用能够产生强Marangoni对流的二元驱。