气液两相流对直接接触膜蒸馏传质强化和阻垢性能研究

系统研究了气液两相流对板框式膜组件内直接接触膜蒸馏过程的传质强化特性和阻垢性能,结合对流道内气泡尺寸和流动特性的观察和定量分析,讨论了不同进料温度、进料浓度、进气流量和进料流量条件下鼓泡对膜蒸馏的传质强化效果．研究结果表明：在相同鼓泡强度下,低进料温度和高进料浓度的系统由于温差极化和浓差极化更严重,鼓泡对传质的强化效果更显著;随着进气流量的增加,气泡尺寸增大,气泡的上升速度随气泡尺寸先增大后减小,对膜通量的提高比也先增加后减小．50～100 mm²的气泡具有最快的上升速度,对膜面边界层扰动最强,传质强化效果最好;大于100 mm²的气泡由于体积过大,受到来自隔网、壁面的阻力也会更大,导致气泡的上升速率减小,且过大的气泡尺寸使料液与膜壁接触面积减小,导致有效传质面积减小,强化效果减弱．随着进料流量提高,隔网对气泡的剪切作用增强,气泡变小,最佳进气流量增大．研究结果也表明鼓泡能提升高盐溶液浓缩过程的水通量,推迟晶体在膜面沉积发生的时间,显著减缓结垢层的增长速度．研究结果将为气液两相流对膜分离过程的传质强化研究提供重要参考．     

规整填料内鼓泡流动的二维CFD模拟

规整填料内鼓泡流动现象的研究对于开发新型气液传质与反应设备具有重要的指导作用。为此应用VOF（Volume of Fluid）多相流模型建立了描述规整填料内部鼓泡流动现象的二维模型,模型中考虑了影响气液两相流动的两个重要作用力：表面张力和气液相间作用力。模拟计算结果显示,气泡在上升过程中自身振荡,随着入口气速的增大,气泡形变程度增大,并且伴有气泡聚并现象发生。气泡上升过程中,气泡周围液体的速度增大,并且形成大小不同的旋涡结构,单点速度值的波动程度随气体入口速度的增大而增大。     

浓海水鼓泡晒盐动力学与热力学分析

通过对浓海水鼓泡蒸发过程进行传质动力学与能量转化热力学分析,揭示出卤水鼓泡蒸发与气象条件之间的内在联系。采用双膜理论确定了蒸发传质过程的五个步骤,阐明了鼓泡操作可以大幅提高相界面积与液相传质系数,风可以显著提高气相传质系数。分析了浓海水敞开系统与周围环境之间的能量转化,论述了鼓泡操作能强化浓海水与空气之间的传热,揭示出随着浓海水波美度的提高,传热方向渐渐发生逆转,并使鼓泡效率逐步降低。分析所得结论与实验结果相吻合,这些结论对于鼓泡晒盐工艺的优化、建模与推广具有重要参考价值。     

振动参数对竖直管内R124/DMAC工质鼓泡吸收特性的影响

为配合车载余热吸收式制冷系统新型工质的研发,设计建立了一套振动状态下可视化竖直管内工质鼓泡吸收特性实验台,研究了R124(一氯四氟乙烷)/DMAC(二甲基乙酰胺)工质鼓泡吸收过程流型演化特性,探索了吸收高度与振动参数(振幅和频率)之间的联系.结果表明:相对于静止状态,振动状态下鼓泡管内的两相流流型更为复杂,致使吸收高度的标准差增加,而且振动会使制冷剂气泡分布的均匀性变差,导致吸收过程中气泡间的融合更加频繁;在一定范围内,振动频率和振动幅度的增加均会使吸收高度呈现增加趋势,但当振动频率为25,Hz时,会在振幅适中(≤0.47,mm时)情况下,产生降低吸收高度的效果.     

自适应网格在鼓泡塔内气液两相流仿真的应用及实验验证

研究了一种鼓泡塔反应器,气体从鼓泡塔边壁注入与鼓泡塔内的液相发生反应。为准确展现鼓泡塔内气泡形状和分析近壁效应,运用试验和仿真两种方法深入研究鼓泡塔内气液两相流动。试验结果验证了多相流仿真模型的可行性;同时证实了自适应网格的优越性。相比于多面体网格、裁剪网格、结构网格,自适应网格通过自动加密气泡周围的网格提高仿真精度,改善气液两相流中气泡形状(橄榄状),细化气泡直径范围(1~40 mm),准确地捕捉近壁效应区间(6 cm)。可以为同类别研究提供参考依据。     

气液在高H/D比搅拌式鼓泡塔中气含率及压降的研究

利用 ф2 8mm玻璃搅拌式鼓泡塔 ,在高径比H/D =5 0、分段数N =3～ 2 3和变搅拌转数n下测定空气———水系统在塔内作并流流动时的气含率与压降 ,分析了两相流气速、液速、分段数及搅拌转数对气含率和压降的影响 ,所得经验关联式与实验数据进行了较好的吻合 .结果表明该装置具有延长气泡停留时间、提高气含率及利于界面传质的优点 .     

管内垂直降膜绝热吸收评估方法与实验分析

构建了氨水降膜吸收实验设备,研究垂直管内降膜绝热吸收性能.通过套管换热器调节稀溶液入口过冷度,给予溶液吸收潜力,进行变工况降膜吸收实验.基于传质微分方程推导一种新的舍伍德数计算方法,用于传质性能评估.实验表明,传质速率以及舍伍德数随着雷诺数的增大而增大.增加吸收压力,稀溶液入口过冷度均能强化传质效果.具有过冷度的耦合传热传质过程传质速率及舍伍德数大于单独的过冷绝热吸收或者耦合传热传质吸收.利用实验结果拟合绝热吸收传质舍伍德数方程,可应用于传热传质分离的降膜吸收器热设计.
     

气液两相流多尺度相干结构及其间歇性

小波分析用于流体力学的研究已有一定的进展,采用恒温热膜测速技术,以高于对应的最小湍流时间尺度分辨率,精细的测量了鼓泡塔内不同空间位置的瞬时气液两相流动速度信号。基于子波系数的瞬时局部平坦因子,提出用子波分析检测湍流多尺度相干结构的条件采样方法,以单气泡结构的相位平均波形为基础,对鼓泡塔内气液两相湍流场进行了研究。结果表明:鼓泡塔中气泡结构是两相湍流产生奇异性和间歇性的诱因,喷嘴出口区域的一定喷射锥角范围内,才有气泡结构,并受到对应的平坦因子及间歇性的影响。     

过硫酸盐溶液吸收烟气中NO的动力学研究

在鼓泡吸收反应器中,以过硫酸盐溶液为氧化剂吸收脱除烟气中NO,以双膜理论为基础,研究了吸收过程中的传质动力学。对NO的氧化吸收过程进行了分析,建立了气液传质模型,测定了动力学参数：比相界面(a)和气相传质系数(K_G)。结果显示：温度为75 _oC,过硫酸盐溶液浓度在0.05-0.2M范围内,NO浓度≤1 000 ppm,NO的反应级数为0.5,过硫酸钠的反应级数为1,并确定了过硫酸盐溶液吸收NO总的传质速率方程。     

臭氧在鼓泡塔中吸收与反应过程的模拟

研究了鼓泡塔中伴随有溶解臭氧自分解以及臭氧与水中的有机物发生二级臭氧化反应的臭氧吸收传质过程,介绍了液相体积传质系数等参数的求解方法．在鼓泡塔中当T=298K时进行了臭氧在对硝基苯胺溶液中的吸收实验,然后运用全混流模型,建立了吸收过程的质量平衡方程,采用Matlab软件中的ODE程序求解吸收过程的质量平衡方程和增强因子的联立方程,模拟了吸收过程中臭氧和对硝基苯胺浓度的变化,并与实验值进行了比较．结果表明,在短的鼓泡塔中,应用全混流模型来描述气相和液相的流体状态是可行的,在80％的对硝基苯胺降解之前,模拟值和实验值能很好地一致．