微通道中气液两相的流动与传质

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本论文主要针对微通道中气液两相流的流型、压降以及传质特性进行了研究,微通道为水平放置,通道截面为圆形。首先,在管内径分别为2.66mm、3.49mm、3.97mm的管道中进行氮气-水两相流流型实验,以考察氮气-水两相流下的流型,同时考察管径对气液两相流流型以及流型图的影响;在管内径为2.66mm的管道中分别进行氮气-无水乙醇、氮气-0.2%聚丙烯酰胺两相流实验,并与相应的氮气-水两相流实验结果相比较,以考察液相表面张力以及液相粘度对气液两相流流型以及流型图的影响;且将实验所得流型图与文献中的流型图以及Akbar等的流型转换模型进行了比较,以验证实验所得结果。实验中出现的流型有泡状流、弹状流、环状流以及分散流,管径、液相表面张力以及液相粘度均对气液两相流流型以及流型图有显著影响。其次,在管内径分别为2.66mm、3.49mm的管道中进行氮气-水两相流压降实验,以考察气液表观速度以及管径对微通道中气液两相摩擦压降的影响,结果表明,微通道中的气液两相摩擦压降随气液两相表观速度的增大、以及管径的减小而增大;且将实验结果分别与均匀混合模型以及分相流模型的预测值进行比较,结果表明,分相流模型中的L-M关联式较之均匀混合模型能更好的预测微通道中气液两相流的摩擦压降。最后,在管径为2.66mm的管道中,利用氢氧化钠溶液吸收低浓度二氧化碳混合气,测定弹状流、分散流下的体积传质系数KGa,利用所发生的反应为拟一级反应,结合已求得的KGa,预测气液两相界面面积,并与宏观传质系统的相比较。结果显示,随气相表观速度增大,KGa呈增大趋势,且增大趋势变缓,随液相表观速度增大,KGa呈增大趋势,且增大趋势并未变缓;实验范围内两相界面面积最高达到2436m2/m3,微通道中的气液两相界面面积相较于传统的气液接触设备要高出1-2个数量级,传质效果优于宏观传质系统。
摘要第3-4页
Abstract第4-5页
第一章 绪论第8-18页
    1.1 微化工技术及其优势第8-9页
    1.2 气液两相流及其流型第9-14页
        1.2.1 气液两相流的定义第9页
        1.2.2 水平管中的气液两相流流型形式第9-11页
        1.2.3 获取气液两相流流型的方法第11-14页
    1.3 对流传质模型第14-16页
        1.3.1 停滞膜模型第14页
        1.3.2 溶质渗透模型第14-15页
        1.3.3 表面更新模型第15-16页
    1.4 测定传质参数的方法第16页
    1.5 论文工作的提出第16-18页
第二章 微通道中气液两相流型的研究第18-37页
    2.1 引言第18-22页
    2.2 实验部分第22-24页
        2.2.1 实验装置流程第22-23页
        2.2.2 微通道规格第23页
        2.2.3 实验流体第23-24页
    2.3 结果与讨论第24-35页
        2.3.1 实验中出现的氮气-水两相流流型第24-26页
        2.3.2 管径对气液两相流流型及流型转换特性的影响第26-28页
        2.3.3 液相表面张力对气液两相流流型及流型转换特性的影响第28-29页
        2.3.4 液相粘度对气液两相流流型及流型转换特性的影响第29-31页
        2.3.5 氮气-水两相流流型图与文献中流型图的比较第31-33页
        2.3.6 与Akbar等的流型转换模型的比较第33-35页
    2.4 小结第35-36页
    符号说明第36-37页
第三章 微通道中气液两相压降的研究第37-50页
    3.1 实验装置流程第37-38页
    3.2 压降预测模型及压降数据的分析方法第38-43页
        3.2.1 压力降数据的分析方法第38-40页
        3.2.2 均匀混合模型第40-41页
        3.2.3 分相流模型第41-43页
    3.3 结果与讨论第43-48页
        3.3.1 气液表观速度对总的摩擦压降的影响第43-44页
        3.3.2 管径对总的摩擦压降的影响第44-45页
        3.3.3 测量结果与均匀混合模型预测结果的比较第45-46页
        3.3.4 测量结果与分相流模型预测结果的比较第46-48页
    3.4 小结第48-49页
    符号说明第49-50页
第四章 微通道中气液两相传质参数的测定第50-61页
    4.1 实验装置及实验流程第50-51页
    4.2 实验原理第51-53页
    4.3 结果与讨论第53-58页
        4.3.1 表观气速对总的体积传质系数的影响第53-54页
        4.3.2 表观液速对总的体积传质系数的影响第54-55页
        4.3.3 界面面积预测第55-57页
        4.3.4 实验条件校核第57-58页
    4.4 小结第58-59页
    符号说明第59-61页
结论第61-63页
参考文献第63-70页
攻读硕士学位期间取得的研究成果第70-71页
致谢第71页
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