论文题目：鼓泡塔内热质同时传递过程的研究
摘要：鼓泡塔是一种普遍的气液接触设备,在化学工程、环境工程以及生物工程方面都有广泛的应用。而在某些工程实际过程中,气液两相的热量传递与质量传递是同时进行且相互影响的。而前人对于热质同时传递过程的研究,基本为针对某一特定的鼓泡塔进行的体积对流传热系数与体积对流传质系数的测量拟合,适用范围窄。因此,本文设计一种单气泡鼓泡装置,通过对空气-水系统在该装置内热质传递效果的实验观察与研究,采用床层塌落法测定全塔平均气含率,采用照相法测定气泡Sauter直径,并计算出空气-水系统两相接触时的面积对流传热系数与面积对流传质系数,拟合得到传热系数与传质系数的准数关联式。希望可以利用该模型进行模拟计算,将一种新型可产生细小气泡的多级鼓泡塔投入到低温蒸发的工业生产之中。结果表明:（1）气含率和尖头喷嘴处气体孔速以及尖头喷嘴内径均呈正相关的关系,且当气速达到一定程度时,增长幅度变小;液相温度与气液两相高度对气含率的影响不大。（2）气泡Sauter直径和气相流速以及尖头喷嘴内径均呈正相关的关系,当气速达到一定程度时,增长幅度变小。（3）气液相比表面积和气相流速及喷嘴孔径呈正相关的关系。（4）鼓泡塔体积对流传热系数Uv,主要受气相流速和喷嘴孔径的影响,随气相流速或喷嘴孔径的增加而增加,但在尖头喷嘴处气体雷诺数Re0超过4100时基本保持不变。（5）鼓泡塔面积对流传热系数α,主要受气相流速和喷嘴孔径的影响,随气相流速或喷嘴孔径的的增加而增加,但在尖头喷嘴处气体雷诺数Re0超过4100时开始呈下降趋势。（6）鼓泡塔体积对流传质系数kV,主要受气相流速和喷嘴孔径的影响,随气相流速或喷嘴孔径的的增加而增加,但在尖头喷嘴处气速超过一定程度时增幅变小。（7）鼓泡塔面积对流传质系数kc,主要受气相流速和喷嘴孔径的影响,随气相流速或喷嘴孔径的增加而增加,但在尖头喷嘴处气体雷诺数Re0超过4100时基本保持不变。对实验结果进行分析讨论,参考前人的经验关联式,利用因次分析法得实验范围内气含率、气泡Sauter直径的工程经验关联式,计算误差均在±15%以内;得传热系数、传质系数的工程经验关联式,以及热质同时传递过程中两者的关系式,计算误差均在±20%以内。各关联式相关性良好,可为后续的设计与放大提供理论依据。
关键词：单气泡;鼓泡装置;传热系数;传质系数;气泡Sauter直径;气含率
学科专业：工程（专业学位）
致谢
摘要
Abstract
第1章 文献综述
1.1 常用鼓泡设备介绍
1.1.1 乳化填料塔
1.1.2 筛板塔
1.1.3 鼓泡反应器
1.2 传热
1.2.1 传热过程概述
1.2.2 对流传热基本定律及对流传热系数
1.2.3 对流传热的研究方法
1.3 传质
1.3.1 传质过程概述
1.3.2 相间传质理论
1.3.3 对流传质
1.3.4 对流传质的研究方法
1.4 鼓泡设备的研究
1.4.1 气含率研究概况
1.4.2 气泡直径研究概况
1.4.3 传热研究概况
1.4.4 传质研究概况
1.4.5 热质同时传递的研究
1.5 低温蒸发
1.5.1 工艺原理
1.5.2 应用前景
1.6 因次分析法
1.6.1 因次分析法概述
1.6.2 因次分析法步骤
1.6.3 因次分析法应用
1.7 本文的研究内容
第2章 实验装置与方法
2.1 尖头喷嘴设计原理
2.2 实验装置
2.3 实验仪器及试剂
2.4 实验体系
2.5 测量仪器仪表的标定
2.5.1 温度的标定
2.5.2 湿度的标定
2.5.3 流量的标定
2.6 实验方法
2.6.1 气含率的测量
2.6.2 气泡直径的测量
2.6.3 空气对流传热系数的测量
2.6.4 空气增湿传质系数的测量
2.7 本章小结
第3章 流体力学研究结果与讨论
3.1 气含率
3.1.1 气速对气含率的影响
3.1.2 液相温度对气含率的影响
3.1.3 尖头喷嘴内径对气含率的影响
3.1.4 气液两相高度对气含率的影响
3.1.5 气含率的经验关联
3.2 气泡直径
3.2.1 气泡直径的变化情况
3.2.2 气泡直径的经验关联
3.3 气液相比表面积
3.3.1 气液相比表面积的计算
3.4 本章小结
第4章 空气对流传热特性研究
4.1 体积对流传热系数
4.1.1 气速对U_V的影响
4.1.2 液相温度对U_V的影响
4.1.3 尖头喷嘴内径对U_V的影响
4.1.4 气液两相高度对U_V的影响
4.2 面积对流传热系数
4.2.1 气速对α的影响
4.2.2 液相温度对α的影响
4.2.3 尖头喷嘴内径对α的影响
4.2.4 气液两相高度对α的影响
4.3 努塞尔准数的经验关联
4.4 本章小结
第5章 空气对流传质特性研究
5.1 体积对流传质系数
5.1.1 气速对k_V的影响
5.1.2 液相温度对k_V的影响
5.1.3 尖头喷嘴内径对k_V的影响
5.1.4 气液两相高度对k_V的影响
5.2 面积对流传质系数
5.2.1 气速对k_c的影响
5.2.2 液相温度对k_c的影响
5.2.3 尖头喷嘴内径对k_c的影响
5.2.4 气液两相高度对k_c的影响
5.3 舍伍德准数的经验关联
5.4 鼓泡塔内热质同时传递过程关联
5.5 本章小结
第6章 结论与展望
6.1 结论
6.2 展望
符号说明
参考文献