微尺度下液液體系分散與傳質性能的耦合規律

《微尺度下液液體系分散與傳質性能的耦合規律》是依託清華大學，由王曦擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：微尺度下液液體系分散與傳質性能的耦合規律
• 依託單位：清華大學
• 項目負責人：王曦
• 項目類別：青年科學基金項目

項目摘要

對於多相微分散體系，質量傳遞與微分散過程間存在著較強的協同作用。現有研究大多關注於微分散技術對傳質過程的強化作用，而傳質過程對於微分散效果影響，以及二者之間協同作用機制的研究亟待深入開展。本項目以深入認識質量傳遞過程對液液微分散規律的影響為目標，採用磷酸萃取過程為研究體系，藉助Micro-PIV、PLIF以及高精度壓差測量裝置，分別考察伴隨傳質的液液微分散過程速度場、濃度場以及能量耗散特性，探索液液微分散萃取過程中，液滴生成階段分散相及連續相的流動和混合特性，以及溶質的轉移對於界面動態界面張力的影響規律。對不同分散方式下液液微分散過程進行比較，揭示分散過程與質量傳遞的耦合機制，建立伴隨傳質的液液微分散尺寸、能量耗散以及動態界面張力數學模型。希望藉此為深入了解微化工過程的尺度效應和界面效應，發展新型高效的微分散技術和設備提供理論依據和重要參考。

結題摘要

液液微分散技術是微化工領域重要研究方向之一，它可以實現微米及亞毫米級液滴的可控制備，有效的強化相間傳質過程，在諸多領域有著廣闊的套用前景。本課題以液液體系微分散過程與傳質性能的耦合規律為主要研究對象，開展了液液微分散過程滴內流動、傳質及混合行為的基礎研究。藉助Micro-PIV測量平台考察了不同分散方式條件下，液滴生成過程滴內流體的流動規律以及分散相通道壁面浸潤性對於液滴微分散過程滴內速度分布的影響。引入渦強度參數來定量表征滴內循環的劇烈程度。綜合比較三種分散方式的渦強度以及能量耗散率等參數T型結構的分散效果最好。表面浸潤性對於分散液滴內部流動有著顯著的影響，浸潤性不同，滴內流體循環方向相反。對於伴有傳質的液液微分散過程滴內流動規律開展了研究。考察了傳質過程對於T型錯流剪下結構通道中分散液滴內部速度分布規律。傳質過程的引入使得液滴的分散尺寸有顯著的降低，且滴內循環速度有所增大，液滴生成周期隨傳質量的增大而縮短。採用Micro-PLIF以及平行競爭反應，研究了液液微分散過程液滴生成階段傳質行為以及滴內的微觀混合規律。建立了基於Micro-PLIF技術測量分散液滴生成階段傳質性能的實時測量方法。溶質的傳質量隨著兩相流量的增加而增大，分散液滴生成階段的傳質Murphree效率高達60%-90%以上，液滴生成階段的傳質貢獻是整個傳質過程的50%以上，在高流量條件下甚至接近100%。建立了表征傳質性能的強化因子的預測模型。兩相流量的增大，微觀混合效果逐漸增強，當流量進一步增大使得流動成分層流狀態時，微觀混合效果開始減弱。十字型結構內液液微分散過程分散相內的微觀混合效果優於T型錯流剪下結構通道的情況。