【摘 要】
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环隙型微通道是一类新型的微通道结构,由两根不同尺寸的圆管嵌套而成。具有催化剂涂覆方便,再生操作简单,传热性能高效等优点。目前,有关环隙型微通道内气液两相流动、传热与传质研究极少。本论文针对环隙型微通道内气液两相的流动与传质特性进行系统的研究。设计并加工水平放置的环隙型微通道实验装置两套,其中大装置环隙外管内径13 mm,外管使用透明石英玻璃管,内管采用不锈钢管。小装置环隙外管内径6.5～7 mm,
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环隙型微通道是一类新型的微通道结构,由两根不同尺寸的圆管嵌套而成。具有催化剂涂覆方便,再生操作简单,传热性能高效等优点。目前,有关环隙型微通道内气液两相流动、传热与传质研究极少。本论文针对环隙型微通道内气液两相的流动与传质特性进行系统的研究。设计并加工水平放置的环隙型微通道实验装置两套,其中大装置环隙外管内径13 mm,外管使用透明石英玻璃管,内管采用不锈钢管。小装置环隙外管内径6.5～7 mm,外管采用有机玻璃管,内管为亚克力棒。考察的环隙尺寸为0.5 mm和1 mm。以CO2-H2O为流动介质,利用高速摄像机探究了气液进量、环隙尺寸、环隙外径、环隙内结构等因素对气液流动与分散特性的影响,测量了装置内压降变化。实验同时测定了环隙微通道内气液传质系数。采用Fluent软件对环隙内气液流动进行模拟,并将数值模拟所得最优内结构设计进行实验验证。环隙型微通道内气液流动实验结果表明,当表观液速一定时,随着表观气速的升高,微通道内的气泡尺寸均逐渐增大;在表观气速一定的条件下,随着液速增大,气泡尺寸减小;减小环隙尺寸或增加内构件均有利于气泡的分散和破碎;大装置中惯性力对气液流动状况的影响较大;小装置中,气液流动受表面张力影响更大。压降实验结果显示,表观气/液速增加导致流动压降增高,其中表观液速对压降的影响比表观气速的影响大;减小环隙尺寸亦使得流动压降上升;增加内构件导致压降明显增大。基于实验数据,提出分相流压降预测模型,预测结果与实验数据较为吻合。气液传质实验结果表明,气液传质系数随着表观气速或表观液速的增加而增大;环隙尺寸的减小导致气液传质系数升高;内构件的加入强化了气液传质效果;减小环隙外径,能有效提高气液传质系数。提出适用于环隙型微通道装置的气液传质无因次数预测模型,能较好预测实验结果。应用计算流体力学软件,数值模拟环隙型微通道内气液两相流动与分散特性,并对不同内构件结构进行数值模拟,筛选得到最优内构件设计;完成内构件加工与实验验证,实验结果与模拟结果趋势一致,表明内构件能够有效改善气液两相流动与分散状况,并有效强化气液传质效果。
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