基于微吸收器的CO2吸收过程研究进展

微化工技术在流体流动、过程强化、传质与反应过程等领域备受关注,本文归纳整理了3种不同类型的微吸收器（微降膜吸收器、微通道吸收器和微网格吸收器）捕集CO₂过程中的水力学性质和传质过程及其机理研究进展,并对3种微吸收器吸收CO₂过程中存在的问题进行分析总结,同时对微吸收器能快速工业化提出展望。其中重点介绍了微通道泰勒流吸收器的水力学流动特性,包括泰勒流气泡的生成机制、气泡和液弹的长度、气泡的输运和运动速度、气泡截面形状及液膜厚度和气液两相流压降;归纳了微通道泰勒流吸收过程的传质过程机理和传质系数的模型以及不同影响因素（通道截面尺寸,通道长度,主通道结构及入口形状,气、液相组成及其流速,吸收剂和系统压力）作用下CO₂吸收效率和传质系数的研究进展。     

水平管泡状流相分布特性

<正>气液两相泡状流的主要特征是连续液相中携带散布其中的细小气泡,气泡的存在不仅对气液两相流的传热、传质及阻力特性有很大的影响,而且对两相流动的稳定性也有很大的影响.前人有关泡状流的研究大多偏重于两相流的平均参数,对于两相流局部统计参数如局部空隙率等参数的变化规律是近年来两相流研究的新趋势.对于垂直管内的流动已经积累了相当数量的数据,而同样有广泛应用的水平管内相分布规律还知之甚少.气泡对气液两相流的传热、传质及流动结构影响机理的研究必须以了解相分布及气泡的局部统计参数为前提,同时对相分布特性的深人研究也为气液两相流的数学模型化提供实验依据.本文以空气、水为工质,研究水平管内气液两相流的相分布特性,给出了典型泡状流的时域信号图,研究了相分布随气液两相流量的规律变化,并与前人的有关结果进行了比较.     

环形狭缝通道内气液两相环状流流动特性

建立了环形狭缝通道内气液两相环状流的理论模型 ,该模型计及环状流气芯流动的可压缩性、气液两相间的相滑移、气相对液滴的夹带作用等因素 .考察了两相流质量流量和干度对压降、液滴速度相对变化和狭缝喉部气芯通流面积的影响 .用建立的理论模型对空气 -水两相环状流通过环形狭缝的两相压降进行预测 ,预测值和试验值吻合良好     

环隙式离心萃取器内部两相流动研究进展

环隙式离心萃取器是集成液-液混合与液-液分离于一体的高性能萃取设备,其广泛应用于核工业、化工环保、有色冶金、生物医药等领域。离心萃取器具有优异的水力学特性和传质特性,这主要得益于其环隙中的泰勒涡流以及转鼓内的离心分离流等特殊流动。本文主要依据离心萃取器结构和两相流动特点,综述了环隙内气-液界面变化规律、气泡流动特性、液-液两相流型、液滴流动特性,以及转鼓内的气-液界面等方面的研究进展,还总结了环隙螺旋隔板、转鼓径向叶片等结构的优化对于两相流动、混合或分离效果的影响。在后续研究中,可以从离心萃取过程中的液滴分散和聚并机理、三相流动测试及模拟、结构的模型化设计方法等方面开展更加深入的研究。     

水下输气管道泄漏扩散特性模拟研究

建立了水下输气管道泄漏三维CFD数值模型，同时基于积分模型建立了预测数学模型，研究了不同泄漏速率和水深下气体在水体中扩散的速度、羽流半径以及上升到水面时形成泉涌高度的变化规律，并利用实验验证了两种模型的准确性，两种模型可以准确地模拟羽流特征参数的变化。结果表明：水下天然气管道泄漏扩散经历了初始阶段、充分发展阶段和表面流动阶段三个阶段，在气泡羽流上升过程中伴随着卷吸和紊动沸腾现象；羽流的径向速度近似呈高斯分布并且随着径向距离的增加逐渐降低；羽流的轴向速度随着水深的增加而降低，且在接近泄漏孔口的位置，轴线上羽流的速度急速衰减；随着气泡羽流紊动的发展，羽流半径逐渐向两侧发展并且随着水深近似呈线性增长。     

微曝氧化沟气液两相传质模型构建及传质影响因素分析

基于ANSYS Fluent软件建立了微曝氧化沟气–液两相流动和溶解氧输运模型,对比不同工况下氧体积传质系数的实验测量值和模拟结果,误差在7%以内。采用验证可靠性的模型模拟研究了气泡直径、曝气量和横向流动速度对微曝氧化沟内氧传质的影响。结果表明,气泡直径由1.5 mm增至3 mm时,氧体积传质系数由15.80 h?1降低至5.83 h?1;曝气量由0.5 m3/h增大至2 m3/h时,氧体积传质系数由4.21 h?1增至14.15 h?1,减小气泡直径和增大曝气量能明显提高氧体积传质系数。微曝氧化沟内气–液相间传质及溶解氧的分布受横向流动影响,开启单台和两台推流泵时,氧体积传质系数分别比无横向推流工况增大27.7%和42.4%,横向流动能有效提高气泡羽流内的气含率,增强氧传质效果。     

微通道气液两相流研究进展

介绍了国内外微化工发展背景及发展现状,微通道内气液两相流流动气泡特性和传质特性。微通道中(横向及竖向微通道)气液两相流流型划分主要有泡状流、弹状流、环状流、搅拌流等。气泡形成过程中流体挤压力对气泡表面进行破坏致使分离,表面张力则在整个过程中维持着气泡形状及长度。着重介绍了微通道内气泡形成过程及经验长度计算,比较了不同研究者提出的经验公式中气液相表观速度比和气泡长度的关系,得出气泡长度均随气液相表观速度比的增加而增加,但依据研究者实验条件不同增加趋势也不尽相同。传质方面,研究基本集中在气液相比表面积较大的泡状流、环状流上,而气液表观速度、当量直径、压强等都会影响传质系数。微通道气液两相流虽然在传热、传质方面有很大的应用前景,但仍存在研究手段单一、理论数据不完善等问题,指出在未来的研究中研究者们要扩大领域范围,为传质传热的实际应用提供更可靠的理论依据。     

微通道内气液两相流行为研究进展

综述了微通道内的气液两相流行为及传质特性。在微通道内流型一般分为泡状流、弹状流、环状流和弹状-环状流,没有分层流。气液传质效率比常规尺度中的提高了2～3个数量级。讨论了气泡对气液两相流的影响及其生成、生长和聚并规律。介绍了微通道内气液两相流的计算机模拟结果。从实验、理论和数值模拟3个方面对微通道内气液两相流的研究和应用前景进行了展望。     

蛇形微通道内泄漏流特性

微流体系统通常具备极大的比表面积、易于控制等优势,在气-液相传质、传热、反应等方面具有良好的应用前景。本文考察了6个气液相体系在矩形截面蛇形微通道中的气液两相泰勒流流动情况以及气泡和液弹的动态行为,以气泡截面形状的几何模型为基础,得到了微通道中净泄漏流的量化方程。同时发现在较大的操作区间内,蛇形微通道对泄漏流的可控性优于直形微通道。并且详细分析了不同气液相流量、液相物性（表面张力和黏度）和气泡长度对蛇形微通道主通道净泄漏流的具体影响。     

底吹气连铸中间包内气液两相流的数值模拟

以宝钢集团梅山钢厂1台连铸中间包为原型,进行底吹气中间包水模型研究. 实测结果表明,底吹气在中间包内形成"鼓泡流"形式的流动结构;"鼓泡流"的形成一方面能够破坏中间包内"层流"形式的短路流动,增强混合,另一方面能在中间包内形成"气幕挡墙",有利于夹杂物去除. 针对中间包内气-液两相"鼓泡流"特征,建立了底吹气中间包内气-液两相欧拉多流体模型,模型中考虑了气泡的存在对湍流增强的影响,考虑了相间滑移、气泡浮力及湍流分散力. 采用所建立的模型对底吹气中间包内气液两相流动和混合特性进行了模拟和分析,结果与水模型实测结果一致.     

搅拌反应器内气液两相流的CFD研究进展

搅拌式气液反应器因其操作灵活、适用性强等优点,在过程工业中应用广泛.综述了采用计算流体力学CFD技术对搅拌反应器内气液两相流动行为的数值模拟研究.Euler-Euler双流体模型作为主要方法用于描述气液两相流动,在其基础上耦合相对简单的气泡数密度函数模型或复杂的群体平衡模型,可较为准确地预测搅拌反应器内气泡尺寸和局部气含率及其分布规律.CFD模拟结果可用以分析和评价不同搅拌桨叶、搅拌桨组合和气体分布器的气液分散性能,对气液反应器的结构优化和过程强化提供了有效手段.     

气液两相流摆动特性实验的数值模拟

为了给鼓泡塔反应器设计提供依据,运用计算流体力学(CFD)软件模拟了鼓泡塔气液两相流动态行为。采用双欧拉法对鼓泡塔矩形反应器内不同曝气量下气液两相流的摆动特性进行了模拟考察,液相采用标准κ-ε紊流模型,气相采用分散相零方程模型,分析了网格尺寸、时间步长以及相间作用力对模拟结果的影响,模拟的曝气量为42.5~237 m L/s。结果表明,当相间作用力仅考虑阻力时,气液两相流呈现周期性摆动规律;随着气流量的增加,气泡羽流的摆动幅度和频率增大,同时液体的气含率也在增加;模拟的气液两相流摆动频率数据与实验值吻合较好,两者的相对误差为7.2%~12.9%。     

微反应器内入口结构对Taylor气泡形成过程的影响

采用计算流体力学方法,考察了微通道入口结构、气液比及两相混合速度对Taylor气泡形成过程的影响,模拟结果与可视化实验符合良好。与单纯流体体积法相比,水平集法（level set）和流体体积法（volume of fluid）相耦合的方法（coupled level set and volume of fluid method,CLSVOF）可获得更精确的气液界面,且CLSVOF法结果与实验结果更符合。数值模拟结果发现,通道入口结构及气液比对气泡长度、气泡生成频率及气泡体积有很大影响。气液比恒定,不同通道入口结构,两相混合速度对气泡长度有不同影响。     

管道内油水两相流动研究进展

综述了国内外有关圆管中油水两相流动过程中的流型、相转换的研究现状,并重点介绍了油水垂直两相流中液滴粒径及分布、持液率、压力降计算等方面的研究成果。同时分析了研究中所存在的问题并指出了今后的研究方向,为进一步开展油水两相流研究提供相关参考。     

微通道内气-液弹状流动及传质特性研究进展

气-液弹状流,又称Taylor流,是一种以长气泡和液弹交替形式流动的流动形态。微通道内气-液弹状流因其气泡与液弹尺寸分布均一、停留时间分布窄、径向混合强等优点,是一种适于强化气-液反应的理想流型。本文首先介绍了微通道内气泡的生成机理、气泡和液弹长度,以及气泡生成阶段的传质特征。其次系统综述了主通道中弹状流动及传质过程的研究进展,包括气泡形状与液膜厚度、液弹内循环和泄漏流特征、气-液传质系数的测量与预测,以及物理与化学吸收过程中的传质特性等方面内容。最后阐述了当前研究的不足并展望了气-液弹状流的研究方向。     

垂直管中零净液流量气液两相流的持液率研究

Zero net-liquid flow (ZNLF) is a special case of upward gas-liquid two-phase flow. It is a phenomenon observed as a gas-liquid mixture flows in a conduit but the net liquid flow rate is zero. Investigation on the liquid holdup of ZNLF is conducted in a vertical ten-meter tube with diameter of 76 mm, both for Newtonian and nonNewtonian fluids. The gas phase is air. The Newtonian fluid is water and the non-Newtonian fluids are water-based guar gel solutions. The correlations developed for predicting liquid holdup on the basis of Lockhart-Martinelli parameter are not suitable to ZNLF. A constitutive correlation for the liquid holdup of vertical ZNLF was put forward by using the mass balance. It is found that the liquid holdup in ZNLF is dependent on both the gas flow rate and the flow distribution coefficient.     

下喷自吸环流反应器内液相局部流动特性

对下喷自吸环流反应器内气－液两相流和气－液－固三相流体系的液相局部流动物性进行了深入的实验研究。采用改进皮托管法和线－线双探针电导法分别对液相瞬时速度和液含率进行了微机在线测量，并借助湍流统计理论对液相局部流动参数和局部液含率进行了统计分析和处理，着重讨论了喷射液体流量和固体粒子加入量分别对喷射有效区和导流筒内管流区液相局部流动参数和液含率的影响。     

Time-dependent gas holdup variation in an air-water bubble column

Time-dependent gas holdup variation in a two-phase bubble column is reported with air and tap water as the working fluids. The results indicate that time-dependent gas holdup is closely related to the water, whose quality is unsteady and changes, not only during the two-phase flow, but also during idle periods. The significance and characteristics of the time-dependent gas holdup variation are influenced by the bubble column operation mode (cocurrent or semi-batch), the sparger orientation, the superficial gas velocity, and the superficial liquid velocity. It is proposed that a volatile substance (VS), which exists in the water in very small concentrations and inhibits bubble coalescence, evaporates during column operation and results in a time-dependent gas holdup. The influence of bubble column operation mode, sparger orientation, superficial gas velocity, and superficial liquid velocity on the time-dependent gas holdup variation are explained based on their effects on bubble size, bubble contacting frequency and mixing intensity. This work reveals that regular tap water may cause significant reproducibility problems in experimental studies of air-water two-phase flows.