分子筛/水浆料体系强化CO2吸收的研究

采用搅拌釜研究了ZSM-5分子筛(SiO2/Al2O3=100)对水吸收二氧化碳的增强作用。考察了气相浓度、初始压力和固含率对增强因子的影响。结果表明,初始压力与气相浓度对吸收具有显著影响,增强因子随初始压力与气相浓度的增大而减小。固含率对增强因子的影响为:当固含率小于0.4 kg m 3时,增强因子随固含率的增加迅速增大;当固含率大于0.4 kg m 3时,增强因子的增加逐渐变缓并最终趋于恒定值。作者还提出了一个一维非均相传质模型并进行了理论求解,模拟预测值和实验结果吻合良好。     

非对称Y型分岔微通道内气泡破裂与分配规律

利用高速摄像仪对气泡在非对称Y型微通道分岔口的破裂行为和分配规律进行了实验研究。采用氮气（N₂）作为分散相,含0.3%表面活性剂十二烷基硫酸钠（SDS）的蒸馏水-甘油（质量分数分别为20%、40%、50%）溶液为连续相。在分岔口处观察到了3种不同的气泡行为：无间隙的不对称破裂、有间隙的不对称破裂以及不破裂。考察了气泡破裂和不破裂行为之间的转变,并与文献进行了比较。考察了两相流率及物性对破裂气泡分配规律的影响。结果表明：破裂后两个子气泡的长度均随气相流量与气泡长度的增大而增大,随液相流量和黏度的增大而减小。随液相速度和黏度的增大,气泡破裂的不对称程度减弱。     

对称分支并行微通道中气液两相流的均匀性规律

采用高速摄像系统研究了对称分支形并行微通道内气液两相流及弹状气泡均匀性规律。实验中分别采用含0.3% SDS的甘油-水溶液与氮气作为液相和气相。观察到弹状流和泡状流两种流型,作出了由两相操作条件构成的流型图及流型转变线。结果表明,气泡非均匀性主要由两微通道内流体之间的相互作用、下游通道中流体动力学的反馈作用以及通道制造误差造成。随液相黏度增大,气泡均匀性变好;在高液相流量以及低气相压力下操作,气泡尺寸分布更易达到均匀。基于压力降守恒原理和微通道内气液两相流阻力模型,构建了两通道中气泡尺寸的预测模型。     

微通道内MEA/MDEA混合溶液吸收CO2的传质特性

研究了T形微通道内N-甲基二乙醇胺（MDEA）和单乙醇胺（MEA）混合水溶液吸收CO₂的传质过程。考察了弹状流型下气液两相流量、MEA和MDEA浓度对液侧传质系数k_L和体积传质系数k_La的影响。液侧传质系数和体积传质系数均会随着MEA浓度的升高而升高。与MEA相比,MDEA浓度的提高对传质影响较小。传质系数会随着液体流量的增大而增大,但气体流量的变化对其影响较小。体积传质系数随液体流量的增大而增大,但随气体流量的增大先增大,之后趋于稳定。考虑到化学反应对传质的强化作用,引入了Hatta数,提出了一个新的体积传质系数预测式,预测效果良好。     

不对称T型微通道内液滴的无阻塞破裂动力学

利用高速摄像机研究了不对称T型微通道内液滴的无阻塞破裂过程。以甘油-水溶液为分散相,含4%（质量分数）表面活性剂Span-20的矿物油为连续相。液滴的无阻塞破裂过程可分为三个阶段：进入阶段、形变阶段和破裂阶段。其中破裂阶段又可分为快速破裂阶段和细丝破裂阶段两个子阶段。考察了表观流速、无量纲液滴长度和两相黏度比对破裂阶段的影响。结果表明：快速破裂阶段是一个自相似过程,无量纲颈部最小宽度与无量纲剩余时间呈幂律关系,幂律指数约为1.35。细丝破裂阶段无量纲最小颈部宽度与无量纲剩余时间呈线性关系。斜率随着表观速度和无量纲液滴长度的增大而增大,随两相黏度比的增大而减小。     

Y聚焦型微通道内磁流体液滴的生成与调控

利用高速摄像仪研究了截面为400 μm×400 μm Y聚焦型微通道内磁流体液滴在矿物油中的生成过程。以水基磁流体EMG 807为分散相,含4%表面活性剂Span-20的矿物油为连续相。实验观察到了3种流型：弹状流、滴状流和喷射流。分别考察了两相流量、连续相毛细数及磁感应强度对液滴尺寸及生成过程的影响。结果表明：可通过改变两相流量及磁场调控液滴尺寸。当分散相流量不变时,液滴尺寸随着两相流量比的增加而减小。液滴尺寸随着连续相毛细数及磁感应强度的增加而减小,随着分散相流量的增加而增加。以两相流量比、连续相毛细数和磁Bond数为参数提出了一个液滴尺寸的关联式,预测值与实验值吻合良好。     

微通道反应器的一维放大及气液传质特性

微通道反应器能有效增强气液间传质,但处理能力受限。为了提高微通道的处理量,对微通道反应器的一维放大及气-液传质特性进行了研究。以乙醇胺（MEA）和甲基二乙醇胺（MDEA）混合水溶液吸收CO₂为研究物系,在通道深度恒定时,考察了微通道宽度、气液流速对传质特性的影响。结果表明,传质系数和体积传质系数均随通道宽度先增大后缓慢减小,在通道宽度为1000 μm时达到最大值。比表面积随通道宽度的增大而降低。因此,合理增大微通道宽度,可在提高处理能力的同时,仍然保持良好的传质特性。     

微通道内气泡和液滴自组织行为的研究进展

微流体技术良好的可控性为制备高通量的单分散性气泡或液滴提供了新的途径，气泡和液滴的流动行为因在材料领域具有较大的应用前景而受到关注。综述了近年来微通道内气泡和液滴自组织行为的研究进展。气泡或液滴自组织晶格具有周期性的流动特征，自组织行为受分散相体积分数、液滴或气泡尺寸、聚并效应和通道构型的影响。展望了气泡和液滴自组织行为研究过程中待解决的关键科学问题，为进一步的模拟和实验研究提供了参考。     

非牛顿流体中气泡上升及聚并过程中液相侧浓度场的数值模拟(英文)

On the basis of Navier-Stockes equation and convection-diffusion equation, combined with surface ten-sion and penetration models, the equations of moment and mass transfer between bubble and the ambient non-Newtonian liquid were established. The formation of a single bubble from a submersed nozzle of 1.0 mm di-ameter and the mass transfer from an artificially fixed bubble into the ambient liquid were simulated by the volume- of-fluid (VOF) method. Good agreement between simulation results and experimental data confirmed the validity of the numerical method. Furthermore, the concentration distribution around rising bubbles in shear thinning non-Newtonian fluid was simulated. When the process of a single ellipsoidal bubble with the bubble deformation rate below 2.0 rises, the concentration distribution is a single-tail in the bubble’s wake, but it is fractal when the bubble deformation rate is greater than 2.0. For the overtaking of two in-line rising bubbles, the concentration dis-tribution area between two bubbles broadens gradually and then coalescence occurs. The bifurcation of concentra-tion distribution appears in the rear of the resultant bubble.     

微通道内液液两相流压力降的测量和关联

微通道内液液两相流的压力降对系统内部热量和质量传递具有重要影响。针对环己烷-含0.3%SDS(十二烷基硫酸钠)蒸馏水液液两相系统,利用高速摄像仪对2种不同深宽比的矩形截面直管微通道内的液液两相流进行了实时观测和记录,用压差变送器测定了其在弹状流型下的压力降。微通道尺寸(深度×宽度)分别为400μm×600μm,400μm×800μm。结果表明:弹状流型下的压力降随系统各相流率、毛细数、雷诺数、连续相黏度的增加而增加,随两相速度比值的增加而减小,且当毛细数Ca>0.015或雷诺数Re>20时,压力降随着通道截面深宽比的增加而增加。基于实验结果,修正了均相流模型,提出了新的压力降预测关联式,模型计算结果与实验值吻合良好。