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1、天津大學(xué)博士學(xué)位論文氣液系統(tǒng)移動(dòng)界面?zhèn)髻|(zhì)現(xiàn)象研究姓名：郭瑩申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：博士專(zhuān)業(yè)：化學(xué)工程指導(dǎo)教師：袁希鋼20061101中文摘要為了了解氣液界面?zhèn)髻|(zhì)過(guò)程特性、探討傳質(zhì)理論，以便更好指導(dǎo)工業(yè)生產(chǎn)，本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了氣液兩相在流動(dòng)條件下跨界面?zhèn)髻|(zhì)過(guò)程中液相近界面的濃度分布、流體流動(dòng)現(xiàn)象，以及兩者對(duì)界面?zhèn)髻|(zhì)的影響規(guī)律。本文首先采用實(shí)時(shí)激光全息干涉系統(tǒng)對(duì)氣液并流條件下，傳質(zhì)過(guò)程中液相內(nèi)傳質(zhì)現(xiàn)象和規(guī)律進(jìn)行了定性觀測(cè)，并對(duì)傳質(zhì)達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)的近界面濃度場(chǎng)進(jìn)行了定量測(cè)量。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，氣液傳質(zhì)過(guò)程中廣泛存在著界面湍動(dòng)和周期性脈沖爆發(fā)兩種不穩(wěn)定性現(xiàn)象。文中對(duì)每種擾動(dòng)現(xiàn)象的成因進(jìn)行了分析，并研究了脈沖爆
2、發(fā)現(xiàn)象的規(guī)律性、主要控制因素及其對(duì)氣液傳質(zhì)的貢獻(xiàn)。穩(wěn)態(tài)時(shí)的定量測(cè)量結(jié)果給出了不同條件下近界面的濃度分布，得到了在傳質(zhì)方向上濃度分布呈指數(shù)下降規(guī)律。．并測(cè)定了濃度邊界層厚度、膜厚度隨氣、液雷諾數(shù)的變化情況。添補(bǔ)了兩相流動(dòng)傳質(zhì)體系中近界面濃度場(chǎng)信息方面的欠缺。文中還迸一步根據(jù)定量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，由雙膜理論分析，建立了一個(gè)預(yù)測(cè)不同氣、液雷諾數(shù)下傳質(zhì)系數(shù)的簡(jiǎn)捷方法，并利用其他物系的實(shí)驗(yàn)結(jié)果及前人的數(shù)據(jù)對(duì)提出的方法進(jìn)行了驗(yàn)證，其結(jié)果與相似流動(dòng)條件下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合較好，證實(shí)了這一半經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式的可靠性。其次，為研究傳質(zhì)過(guò)程中流體力學(xué)因素的影響，文中采用了激光多普勒測(cè)速系統(tǒng)對(duì)液相流場(chǎng)的瞬時(shí)動(dòng)力學(xué)特征進(jìn)
3、行了測(cè)量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，氣液界面上脈動(dòng)速度并非是各向同性的。實(shí)驗(yàn)?zāi)M裝置內(nèi)的時(shí)均速度可分成為層流底層、湍動(dòng)主體和氣液近界面三個(gè)區(qū)域，近界面區(qū)出現(xiàn)了最大時(shí)均速度現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)分別得到了每個(gè)區(qū)域內(nèi)無(wú)因次速度的回歸函數(shù)。文中進(jìn)一步研究了流場(chǎng)速度的自相關(guān)函數(shù)、譜函數(shù)、特征尺度等統(tǒng)計(jì)性質(zhì)，分別獲得了存在和不存在脈沖爆發(fā)時(shí)的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)特性，并由漩渦池模型得到了兩種情況下流場(chǎng)所產(chǎn)生的局部傳質(zhì)系數(shù)。結(jié)果表明脈沖爆發(fā)區(qū)域到達(dá)界面時(shí)的傳質(zhì)系數(shù)要明顯增高，應(yīng)給予充分考慮。最后，將上述實(shí)驗(yàn)得到的近界面濃度分布和速度分布加以耦合，對(duì)氣液兩相流動(dòng)吸收過(guò)程中的液相傳質(zhì)系數(shù)進(jìn)行了研究。建立了基于微元衡算獲得液相傳質(zhì)系
4、數(shù)的基本實(shí)驗(yàn)方法，并按照此方法求得了不同操作條件下較為準(zhǔn)確的傳質(zhì)系數(shù)。然后，充分考慮流動(dòng)傳質(zhì)過(guò)程中的脈沖爆發(fā)現(xiàn)象，從單渦傳質(zhì)模型入手建立了由流體力學(xué)特性求算液相傳質(zhì)系數(shù)的理論模型，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和與已有經(jīng)典傳質(zhì)理論的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較的方法，印證了模型的良好可用性。關(guān)鍵詞：氣液界面?zhèn)髻|(zhì)；實(shí)時(shí)激光全息干涉術(shù)；激光多普勒測(cè)速儀(LDA)；濃度分布；速度分布；脈沖爆發(fā)；傳質(zhì)模型ABSTRACTBetter1】nderst觚di】19of也e鋤冊(cè)fkialm舔s訂姐sferbehaviors1mderfollowingconmtionofg嬲一hquidsystelns，鋤d舢曲erdeV
5、elopillg也e‘co盯espon曲19mass乜蛆sf打t11eor)，areofgreatinlpoft蛆cef．0rrealproductionpracticeinchemicalindus仃y．In也isthesis，experimentSwe他conductedtoinvestigate也econc∞訂ationdis仃ib戚0n姐dhydrody豫nlicschar∞訝in也evi曲l姆of也e面蒯沁e，andcorrespondingmechanismoft11eirinnuenceson也einte如cialmass仃aIls缸FirStly，mereal一石
6、mel觴erholo卿hicinterf．erom劬眵wasappliedt0observequali伽Vely也eeVolutionsofconc鈕蹴io∞distributiollsandt0messureq啪titiVely也eliquidphaseconcen位血onsdistributioninthevicini夠of也ein鈀ff如e枷ng也em勰s訂蛆sf．erprocessundertheconditionsofcocurrcntgas-liquidnow．Aseriesof0pticalqllalit撕Veexpenmentsshowed也ee】【istence
7、ofphenomenaofne小interf．a(chǎn)ceturbuience卸dp麗odicbuI葛t．Thefornlationmechanismsoft11eset、Ⅳoinstablephenomenawere趾alyzed，如d也edynaⅡlicbehavior，con仃olling‰觚d也einnu％ceoftheb11rstonmass仃ansf酹werealsostudied．Inasteady—stateforthem舔s仃ans佗rprocess，、)l，itll
