电解质溶液的受热降膜传热与Marangoni效应

采用红外热成像技术研究了电解质Na2SO4-H2O溶液受热降膜传热过程中的Marangoni效应。实验结果表明,降膜表面的流向和径向上存在分别由温度和浓度分布不均引起的热和溶质Marangoni效应。降膜径向热Marangoni效应引起了液膜的收缩,使液膜厚度增加,增大了液膜热阻;流向热Marangoni效应加剧了液膜的湍动,减小了液膜滞流层厚度,降低了液膜热阻;径向溶质Marangoni效应则减弱了热Marangoni效应对液膜的收缩作用,促进了液膜的扩展。分析发现在本实验条件下,表征Marangoni效应大小的Marangoni数Ma不能准确地反映不同雷诺数Re下Marangoni效应对降膜流动的影响,为此引入判断Marangoni效应对降膜流动影响程度的Marangoni效应影响因子ε,ε与实验结果具有较好的一致性。     

γ-氨基丁酸溶液降膜传热过程流动特性研究

本课题组借助高分辨率红外热像仪,研究了γ-氨基丁酸（GABA）水溶液在不同温度和流速条件下的降膜流动过程中,Marangoni效应对其流动和传热的影响。实验发现,受热降膜流动过程中液膜存在明显的收缩现象,横向热Marangoni效应显著,在相同的进料温度下,加热温度越高,液膜收缩越明显。同时由于降膜表面更新加快,GABA溶液降膜流动时的溶剂蒸发速度较常规加热方式大大提高。以上结果对于GABA的提浓、富集具有重要意义。     

Marangoni效应对降膜加热流动的影响

采用红外热像仪和智能化薄膜厚度测试仪研究了垂直板上受热降膜的流动特性, 得到液膜表面温度分布、液膜宽度、液膜厚度、局部液膜厚度随时间变化关系等参数 通过对这些参数的分析,可知降膜加热流动时,液膜表面出现轴向和径向的温度梯度,由此产生的表面张力梯度引起Marangoni效应对降膜流动有着很大的影响降膜加热流动过程中,Marangoni 效应使液膜产生较大的收缩,膜厚增加,表面波动加强.     

固体平壁上受热降膜分布模型

在降膜受热流动过程中,由于液膜边缘与膜中央之间存在速度差异,造成液膜横向温度分布不均,由此在液膜横向产生了表面张力梯度, 即引起了自液膜边缘向液膜中央的Marangoni流动,从而使得液膜收缩变形. Marangoni流动引起的收缩效应与液体润湿性及流动压力的扩展效应相互作用, 在液膜边缘形成了凸起区. 根据液膜边缘凸起区内的受力平衡和物料平衡关系,同时考虑温度引起的表面张力梯度对液膜流动的影响,建立了受热降膜收缩模型. 此模型显示, 较低的壁温、较小的固液接触角以及较大的液体流量有利于液膜在加热固体壁面上的扩展. 通过与实验数据的对比显示,该模型较准确地预测了受热液膜下落初始过程中的液膜分布, 能够为传质传热过程及其设备的优化设计提供理论依据.     

红外热像法研究降膜流动

采用高精度红外热成像技术研究固体平壁上加热和冷却液膜流动性能,比较了不同加热强度下液膜表面的温度场特征以及加热温差对固壁上液体分布的影响。传递过程中,界面上浓度和温度变化引起的表面张力梯度,驱使低界面张力处的液体流向高界面张力处（Marangoni效应）,从而造成了液体特殊的流动现象与分布特征。在受热/冷却降膜过程中,由于流速和传热的差异,液膜表面存在一定的温度梯度。横向的温度梯度远大于流动方向的温度梯度,引起的Marangoni效应会造成受热液膜收缩和冷却液膜扩展,从而明显地影响液膜的相界面积及其传递性能。     

降膜传质过程Marangoni效应稳定性分析

通过建立降膜流动传质模型，并考虑液相流动及非线性浓度分布的影响，利用线性微扰理论得到了降膜流动传质过程Marangoni效应发生的理论临界条件.用所建立的降膜流动传质实验装置得出实测传质系数的变化，由此获得Marangoni效应发生的实测临界条件，实测值与理论值基本符合，从而为工业上常见的降膜流动传质过程中Marangoni现象的预测和利用提供了理论依据.     

自润湿液体过冷核态沸腾射液流现象分析

对比去离子水和应用具有自润湿特性的正丁醇水溶液,进行Marangoni效应对微加热面汽泡行为影响的研究。通过高速摄像技术观测到了去离子水中的泡顶射液流和正丁醇溶液中的多射液流现象。相应的数值模拟表明,Marangoni效应引起过冷去离子水从过热表面向泡顶流动,而引起正丁醇溶液向相反方向流动,即过冷溶液流向过热表面。多射液流现象持续时间比去离子水的长,还可引起泡底微液层的瞬时紊乱现象。多射液流现象发生时,汽泡附近的温度梯度较大,而速度梯度则接近垂直于加热表面。正丁醇溶液的模拟结果与实验观测一致,表明表面张力及所引起的Marangoni效应对分析不同流体的过冷核态沸腾机理至关重要。     

平板浸涂过程中的液膜排液影响因素

针对一端与活性剂溶液池相接的竖直平板浸涂液膜排液过程，基于润滑理论建立了液膜厚度、活性剂浓度及液膜表面速度的演化方程组，通过数值计算分析了Marangoni效应和表面黏度对液膜排液特征的影响。结果表明，Marangoni效应是影响液膜排液过程的重要因素，可导致液膜厚度增加，随Marangoni效应增强可得到更均匀的液膜。液膜表面速度随表面黏度增大而减小，较大的表面黏度将推迟表面速度逆流现象的发生，但其对膜厚均匀度几乎没有影响。     

自润湿液体过冷核态沸腾射液流现象分析

对比去离子水和应用具有自润湿特性的正丁醇水溶液,进行Marangoni效应对微加热面汽泡行为影响的研究。通过高速摄像技术观测到了去离子水中的泡顶射液流和正丁醇溶液中的多射液流现象。相应的数值模拟表明,Marangoni效应引起过冷去离子水从过热表面向泡顶流动,而引起正丁醇溶液向相反方向流动,即过冷溶液流向过热表面。多射液流现象持续时间比去离子水的长,还可引起泡底微液层的瞬时紊乱现象。多射液流现象发生时,汽泡附近的温度梯度较大,而速度梯度则接近垂直于加热表面。正丁醇溶液的模拟结果与实验观测一致,表明表面张力及所引起的Marangoni效应对分析不同流体的过冷核态沸腾机理至关重要。     

液体降膜中Marangoni效应的研究进展

降膜过程中的Marangoni效应是当前流体传递过程与非线性理论研究领域中的热点,对产品质量具有重要影响。回顾了近几年国内外关于Marangoni效应的最新研究进展,重点介绍了有关热Marangoni效应的实验及理论研究成果,并进行了比较和分析。结果发现,Marangoni效应与体系温度和浓度变化等有关,并会影响降膜稳定性。同时,针对目前研究中存在的一些不足,提出了今后研究工作的一些建议。     

气液界面Marangoni效应对传质系数的影响

在气液相际传质过程中,界面Marangoni湍动会对传质过程产生重要的影响,为此,建立了一套气液接触传质设备,以使得通过N2与异丙醇稀溶液逆流接触将液体中使表面张力降低的溶质解吸出来,从而引发Marangoni湍动,提高传质速率。发生Marangoni对流时,液相的传质系数比只依靠扩散传质而不考虑Marangoni效应时大,因此引出增强因子F这一概念,通过计算F的值即可判断Marangoni效应对传质速率影响的程度。提出了一个包括Marangoni准数的计算传质系数关联式,其计算结果与实验结果相符．     

3D multiphase flow simulation of Marangoni convection on reactive absorption of CO2 by monoethanolamine in microchannel

A multiphase flow 3D numerical simulation method employing the coupled volume of fluid (VOF) and level set model is established to study the reactive absorption of CO₂ by the monoethanolamine (MEA) aqueous solution in a falling film microchannel. Based on the flow-reaction-mass transfer model of the MEA-CO₂ system in the falling film microchannel, the enhancement effect of the Marangoni convection in this reactive absorption process is analyzed. The enhancement factor of the Marangoni convection obtained in this work is in good agreement with experimental results in the literature. With consideration of the absorption ratio as well as the enhancement effect of the Marangoni convection, the influence of different MEA concentrations on absorption of CO₂ is investigated. Furthermore, the appropriate MEA concentration for absorption enhanced by the Marangoni convection is acquired.     

Influence of the Marangoni Effect on Mass Transfer in Inclined Falling Films

The Marangoni effect on the mass transfer coefficient of falling films was investigated on inclined stainless‐steel plates to elucidate the influence on the mass transfer performance of structured packing surfaces. Desorption of ethanol from water generated the Marangoni effect in the liquid phase while the process of oxygen desorption from water was proceeded. The enhanced liquid phase mass transfer by the Marangoni effect was found to be related to the ethanol concentration in the liquid, inclination of the plate, and liquid flow condition. A generalized correlation was proposed to predict the effective enhancement factor of the system incorporated with the Marangoni effect.