单液滴萃取传质中Marangoni效应的数值模拟和实验研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 王剑峰 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2007-05-28 |
| 授予单位 | 中国科学院过程工程研究所 |
| 授予地点 | 过程工程研究所 |
| 导师 | 毛在砂 |
| 关键词 | 单液滴 萃取 Marangoni效应 非稳态数值模拟 权重积分 “寄生”流 |
| 其他题名 | numerical simulation of Marangoni effect induced by unsteady interphase mass transfer to single drops in liquid-liquid extraction systems by the level set method |
| 学位专业 | 化学工程 |
| 中文摘要 | 在自然界和许多工程技术中存在许多多相体系的传热和传质过程，表现为丰富的多层次、多尺度的物理和化学现象，Marangoni效应是其中机理十分复杂、涉及众多应用问题的现象之一。Marangoni效应的研究无论在理论研究上，还是在工业应用上都具有十分重要的价值。 本文用水平集方法建立了单液滴非稳态运动萃取传质过程的控制方程，该控制方程是在一个建立在运动液滴的坐标系中数值求解的。利用萃取传质实验测定了四个体系的传质速率，数值模拟了四个体系的传质过程，数值模拟结果同实验研究作了对比，发现两者吻合较好。还比较了运动方程和浓度方程耦合的算法和解耦算法的优劣性，本文的耦合算法的结果比解耦算法更符合实验结果。 用水平集方法数值模拟单液滴萃取传质中的Marangoni效应时，由于表面力的计算误差，极易出现表面“寄生”流。为此，基于对CSF（Continuum surface force）方法的理解，在原有的CSF方法的基础上, 本文提出了一个改进的离散表面力的新方法，即权重积分方法。用权重积分方法计算了中性液滴以及运动气泡和液滴的速度场，验证了该方法能有效地克制“寄生”流，从而为数值模拟Marangoni效应提供必要的基础。 在权重积分方法的基础上，用水平集方法建立了单液滴非稳态萃取传质中Marangoni效应的控制方程，运动方程和浓度方程相耦合。其中，表面张力和浓度的关系为简单的线性模型，数值模拟结果同经典的文献基本相符。 利用萃取传质实验和CCD方法，测定了典型单液滴传质中Marangoni效应。实验测定了MIBK-HAc-H2O体系的传质速率以及MIBK液滴在水中上升的速度。在建立水平集方法数值模拟非稳态的单液滴萃取传质的Marangoni效应的基础上，计算真实液液传质体系MIBK-HAc-H2O中的Marangoni效应。在MIBK-HAc-H2O中，表面张力和浓度的关系为二次多项式关系。数值模拟结果同实验测定结果比较，二者吻合较好，证实了模型方程和数值方法的准确性。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2013-09-13 |
| 页码 | 161 |
| 源URL | [http://ir.ipe.ac.cn/handle/122111/1002]  |
| 专题 | 过程工程研究所_研究所（批量导入） |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 王剑峰. 单液滴萃取传质中Marangoni效应的数值模拟和实验研究[D]. 过程工程研究所. 中国科学院过程工程研究所. 2007. |
入库方式： OAI收割
来源：过程工程研究所
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