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液-液两相液层间传质过程的Rayleigh-Bénard-Marangoni对流特性

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陈俊, 沈超群, 王贺, 张程宾. 2019: 液-液两相液层间传质过程的Rayleigh-Bénard-Marangoni对流特性, 物理学报, 68(7): 177-187. doi: 10.7498/aps.68.20181295
引用本文: 陈俊, 沈超群, 王贺, 张程宾. 2019: 液-液两相液层间传质过程的Rayleigh-Bénard-Marangoni对流特性, 物理学报, 68(7): 177-187. doi: 10.7498/aps.68.20181295
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Chen Jun, Shen Chao-Qun, Wang He, Zhang Cheng-Bin. 2019: Rayleigh-Bénard-Marangoni convection characteristics during mass transfer between liquid layers, Acta Physica Sinica, 68(7): 177-187. doi: 10.7498/aps.68.20181295
Citation: Chen Jun, Shen Chao-Qun, Wang He, Zhang Cheng-Bin. 2019: Rayleigh-Bénard-Marangoni convection characteristics during mass transfer between liquid layers, Acta Physica Sinica, 68(7): 177-187. doi: 10.7498/aps.68.20181295
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液-液两相液层间传质过程的Rayleigh-Bénard-Marangoni对流特性

  • 东南大学能源与环境学院,能源热转换及其过程测控教育部重点实验室,南京210096

  • 扬州大学水利与能源动力工程学院,扬州,225127

Rayleigh-Bénard-Marangoni convection characteristics during mass transfer between liquid layers

  • 摘要: 传质引发的Rayleigh-Bénard-Marangoni对流(RBM对流)对化工传递过程有着显著影响.但是,已有的相关研究多集中于气-液体系,并且有限的针对液-液体系的相关研究尚缺乏对RBM对流演化及其引发的界面扰动行为的深入分析.因此,本文基于阴影法设计搭建了竖直狭缝内液-液两相液层间传质过程的RBM对流特性可视化实验平台,并实验观测了水-甲苯-丙酮三元体系中丙酮组分扩散传质时出现的RBM对流结构以及其向下层水相主体的发展演变过程,探讨了水相丙酮初始浓度、甲苯相丙酮初始浓度以及甲苯层厚度对RBM对流特性和液-液界面形貌的影响.研究表明:在Rayleigh-Taylor不稳定性作用下,水相上层密度(重力)分层“界面”下凸沉降形成波浪形丘状“界面”,并随着“界面”处密度与压力失调的加剧而演变成羽状流;因羽流区“界面”不同浓度梯度引起的传质特性差异,羽状流又可以演变成弱羽状流和强羽状流两种形态;当丙酮浓度梯度增大到一定程度后,近界面处短时间内产生大量RBM对流结构,且结构间相互影响增强而聚并成对流团,并随着传质过程的进行,逐渐演变成独立的强羽状流;RBM对流强度与上下液层丙酮浓度梯度大小呈正相关关系,且液-液界面粗糙度及其非稳态波动随着丙酮浓度梯度的增加而增大.
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出版历程
  • 刊出日期:  2019-01-01

液-液两相液层间传质过程的Rayleigh-Bénard-Marangoni对流特性

  • 东南大学能源与环境学院,能源热转换及其过程测控教育部重点实验室,南京210096
  • 扬州大学水利与能源动力工程学院,扬州,225127

摘要: 传质引发的Rayleigh-Bénard-Marangoni对流(RBM对流)对化工传递过程有着显著影响.但是,已有的相关研究多集中于气-液体系,并且有限的针对液-液体系的相关研究尚缺乏对RBM对流演化及其引发的界面扰动行为的深入分析.因此,本文基于阴影法设计搭建了竖直狭缝内液-液两相液层间传质过程的RBM对流特性可视化实验平台,并实验观测了水-甲苯-丙酮三元体系中丙酮组分扩散传质时出现的RBM对流结构以及其向下层水相主体的发展演变过程,探讨了水相丙酮初始浓度、甲苯相丙酮初始浓度以及甲苯层厚度对RBM对流特性和液-液界面形貌的影响.研究表明:在Rayleigh-Taylor不稳定性作用下,水相上层密度(重力)分层“界面”下凸沉降形成波浪形丘状“界面”,并随着“界面”处密度与压力失调的加剧而演变成羽状流;因羽流区“界面”不同浓度梯度引起的传质特性差异,羽状流又可以演变成弱羽状流和强羽状流两种形态;当丙酮浓度梯度增大到一定程度后,近界面处短时间内产生大量RBM对流结构,且结构间相互影响增强而聚并成对流团,并随着传质过程的进行,逐渐演变成独立的强羽状流;RBM对流强度与上下液层丙酮浓度梯度大小呈正相关关系,且液-液界面粗糙度及其非稳态波动随着丙酮浓度梯度的增加而增大.

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