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《伴有rayleigh對流的氣-液界面?zhèn)髻|(zhì)過程的模擬與傳質(zhì)系數(shù)預(yù)測》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、伴有Rayleigh對流的氣-液界面?zhèn)髻|(zhì)過程的模擬與傳質(zhì)系數(shù)預(yù)測Numericalsimulationofgas–liquidinterfacialmasstransferwithRayleighconvectionandmasstransfercoefficientprediction(國家自然科學(xué)基金21176171)一級學(xué)科：化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)科專業(yè)：化學(xué)工程作者姓名：劉柏彤指導(dǎo)教師：劉伯譚副教授天津大學(xué)化工學(xué)院二零一七年五月萬方數(shù)據(jù)萬方數(shù)據(jù)獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作和取得的
2、研究成果，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝之處外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得天津大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。學(xué)位論文作者簽名：簽字日期：年月日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解天津大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定。特授權(quán)天津大學(xué)可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，并采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編以供查閱和借閱。同意學(xué)校向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁
3、盤。（保密的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)說明）學(xué)位論文作者簽名：導(dǎo)師簽名：簽字日期：年月日簽字日期：年月日萬方數(shù)據(jù)萬方數(shù)據(jù)摘要?dú)?液界面?zhèn)髻|(zhì)過程中，若氣-液界面處溶質(zhì)的濃度梯度引發(fā)逆向的密度梯度，則該傳質(zhì)體系為Rayleigh不穩(wěn)定體系。如果該不穩(wěn)定性達(dá)到臨界值并且在界面處存在擾動(dòng)，則在界面處會(huì)引發(fā)Rayleigh對流。Rayleigh對流結(jié)構(gòu)逐漸向液相主體演化，從而對界面?zhèn)髻|(zhì)產(chǎn)生重要的影響。以乙醇-CO2吸收過程為例，在格子-玻爾茲曼方法-有限差分混合方法的基礎(chǔ)上，建立了液相隨機(jī)擾動(dòng)模型，對氣-液界面?zhèn)髻|(zhì)過程中出現(xiàn)的R
4、ayleigh對流進(jìn)行了二維數(shù)值模擬，并且以Rayleigh對流臨界開始時(shí)間為判斷標(biāo)準(zhǔn)，確定了隨機(jī)擾動(dòng)模型的擾動(dòng)參數(shù)取值。將二維數(shù)值模擬得到的液相濃度等值線分布和Rayleigh對流發(fā)展特征與紋影儀實(shí)驗(yàn)圖像結(jié)果對比，驗(yàn)證了該二維數(shù)值模擬方法控制數(shù)值噪音的有效性和反映Rayleigh對流特征的準(zhǔn)確性，為傳質(zhì)系數(shù)預(yù)測研究提供可靠的數(shù)據(jù)。由于缺乏氣-液界面處界面性質(zhì)的深入了解，加之氣-液界面處流體流動(dòng)的特殊性，至今沒有一個(gè)普遍通用的傳質(zhì)系數(shù)預(yù)測模型（公式）。基于上述結(jié)果，本文首先開展了伴有Rayleigh對流的氣-液界面吸收
5、傳質(zhì)過程的傳質(zhì)系數(shù)預(yù)測研究。伴有Rayleigh對流的氣-液界面?zhèn)髻|(zhì)過程的傳質(zhì)狀況取決于界面附近的流動(dòng)狀況，故利用數(shù)值模擬提供的近界面區(qū)域的場數(shù)據(jù)，假設(shè)該質(zhì)量傳遞過程為一種特殊的湍流，借鑒湍流傳質(zhì)模型（小渦模型和表面散度模型）和計(jì)算傳質(zhì)學(xué)的有關(guān)物理量，得到傳質(zhì)系數(shù)預(yù)測模型（公式）。不同模型（公式）在擬合度、傳質(zhì)系數(shù)峰值、傳質(zhì)系數(shù)達(dá)到峰值時(shí)間、相位差、Rayleigh對流完全發(fā)展階段傳質(zhì)系數(shù)的瞬時(shí)值方面各有優(yōu)勢。良好的傳質(zhì)系數(shù)預(yù)測結(jié)果則表明產(chǎn)生機(jī)理不同的漩渦的以相同的方式影響傳質(zhì)。隨后，類比得到了解吸過程的數(shù)值模擬方法和
6、傳質(zhì)系數(shù)預(yù)測模型（公式），并結(jié)合具體特征優(yōu)化了傳質(zhì)系數(shù)預(yù)測模型（公式）。在二維數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上，本文建立了用于三維模擬的基于氣相隨機(jī)擾動(dòng)模型的格子-玻爾茲曼方法-有限差分方法，與紋影儀實(shí)驗(yàn)圖像吻合良好，并得到了實(shí)驗(yàn)無法觀測的現(xiàn)象。沿用二維傳質(zhì)系數(shù)預(yù)測方法，擬合得預(yù)測效果良好的傳質(zhì)系數(shù)預(yù)測公式（模型）。關(guān)鍵詞：Rayleigh對流，格子-玻爾茲曼方法-有限差分方法（LBM-FDM），氣液界面?zhèn)髻|(zhì)，紋影，傳質(zhì)系數(shù)I萬方數(shù)據(jù)ABSTRACTIntheprocessofgas-liquidinterfacialmasstran
7、sfer,thesystemistermedasRayleighunstablesystemifthereisreversedensitygradientcausedbytheconcentrationgradientofsoluteattheinterface.TheRayleighconvectioncanbeinducedattheinterfaceoncetheinstabilityreachesthecriticalvalueandthereisadisturbanceattheinterface.Subse
8、quently,theconvectivestructureofRayleighwillevolveintothemainpartofliquidphase,whichhasanimportantinfluenceontheinterfacialmasstransfer.TakeCO2-ethanolabsorptionproce
