傳質(zhì)導(dǎo)致的rayleighb233;nardmarangoni對(duì)流研究

1、天津大學(xué)博士學(xué)位論文傳質(zhì)導(dǎo)致的Rayleigh-Bénard-Marangoni對(duì)流研究姓名：沙勇申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：博士專(zhuān)業(yè)：化學(xué)工程指導(dǎo)教師：余國(guó)琮20020601ABS TRACTD u r i n g t h e m a s s t r a n s f e r p r o c e s s , c o n c e n t r a t i o n g r a d i e n t i n d u c e d b y

2、 t h e m a s s d i f u s i o nu s u a l l y c a n p r o d u c e i n t e r f a c i a l t e n s i o n g r a d i e n t a n d d e n s i t y g r a d i e n t . T h e s e m a y c a u s e t h ea p p e a r a n c e

3、 o f R a y l e i g h - B d n a r d - M a r a n g o n i c o n v e c t i o n . T h i s p h e n o m e n o n i n l i q u i d r e p r e s e n t s ac o n d i t i o n o f i n s t a b i l i t y t h a t m i g h t i n

4、 t e n s i f y t h e m a s s t r a n s f e r . T h e r e f o r e , f u r t h e r s t u d y o nR a y l e i g h - B d n a r d - M a r a n g o n i c o n v e c t i o n i s n o t o n l y f o r t h e o r e t i c a

5、 l i n t e r e s t b u t a l s o f o ri n v e s t i g a t i n g t h e p o s s i b i l i t y o f a p p l y i n g t h i s p r i n c i p l e t o i n t e n s i f y t h e m a s s t r a n s f e r p r o c e s s .

6、L a s e r S c h l i e r e n d e v i c e w a s e s t a b l i s h e d t o o b s e r v e d y n a m i c a n d s t a t i c c o n v e c t i v e f l o wp a t e r n s o f R a y l e i g h - B d n a r d - M a r a n g

7、o n i e f e c t p r o d u c e d i n t h e m a s s t r a n s f e r p r o c e s s a n d t h eS c h l i e r e n i m a g e s w e r e t a k e n a s d i r e c t v i s u a l e v i d e n c e s . A c c o r d i n

8、g t o d i f e r e n t s i g n s o f M a n u m b e ra n d R a n u m b e r , d i f e r e n t s o l v e n t s a n d d i f e r e n t m a s s t r a n s f e r p r o c e s s e s w e r e s e l e c t e d t oi n v

9、 e s t i g a t e t h e R a y l e i g h - B d n a r d - M a r a n g o n i e f e c t i n d u c e d b y d i f e r e n t d r i v e n m e c h a n i s mi n c l u d i n g d e n s i t y g r a d i e n t o r s u r f a c e

10、 t e n s i o n g r a d i e n t o r c o m b i n a t i o n o f b o t h . T h e r e a r e t w o k i n d so f f l o w p a t e r n s o b s e r v e d i n e x p e r i m e n t s : o r d e r l y c o n v e c t i o

11、n s t r u c t u r e s i n c l u d i n g b o t h r o l l a n dc e l l s t r u c t u r e , a n d c o m p l e x c h a o t i c f l o w p a t e r n s . T h e s c a l e o f f l o w p a t e r n r a n g e s w i

12、 d e l y a n d i tc a n b e s o s ma l l t h a t t h e S c h l i e r e n d e v i c e c a n n o t d i s c r i mi n a t e .F l o w s t a b i l i t y o f f a l l i n g f i l m m a s s t r a n s f e r p r o

13、 c e s s a c c o m p a n i e d b y c o n c e n t r a t i o n - d r i v e nMa r a n g o n i e f e c t w a s m o d e l e d a n d a n a l y z e d b y u t i l i z i n g t h e l i n e a r s t a b i l i t y t h e

14、 o r y . T h e c r i t i c a lc o n d i t i o n s , a t w h i c h t h e M a r a n g o n i c o n v e c t i o n e m e r g e s i n f a l l i n g f i l m , a r e o b t a i n e d i n t h e b a s e o fn o n l

15、i n e a r c o n c e n t r a t i o n p r o f i l e a n d f l u i d f l o w . A n e x p e r i m e n t a l i n s t a l l a t i o n w a s s e t u p f o rm e a s u r i n g t h e c h a n g e o f m a s s t r a

16、n s f e r c o e f f i c i e n t , s o a s t o o b t a i n t h e c r i t i c a l M a r a n g o n i n u m b e r .T h e a g r e e m e n t b e t w e e n t h e t h e o r e t i c a l l y p r e d i c t a b l y a

17、n d e x p e r i m e n t a l l y o b t a i n e d c r i t i c a lM a r a n g o n i n u m b e r s i s a c c e p t a b l e . T h u s , t h e p r e s e n t t h e o r e t i c a l m o d e l c a n b e u t i l i z e

18、 d t o p r e d i c tt h e o c c u r r e n c e o f Ma r a n g o n i c o n v e c t i o n a n d i n t e n s i f y t h e m a s s t r a n s f e r p r o c e s s .F l o w f i e l d a n d c o n c e n t r a t i o n

19、 c o n t o u r o f l i q u i d p h a s e i n a g a s - l i q u i d c o n t a c t i n g s y s t e m a r es i m u l a t e d t o s h o w t h e R a y l e i g h - B d n a r d c o n v e c t i o n a n d c a l c

20、 u l a t e d b y u t i l i z i n g t h e f i n i t e - e l e m e n tm e t h o d . T h e S c h l i e r e n i m a g e s o f R a y l e i g h - B d n a r d c o n v e c t i o n i n C 0 2 - e t h a n o l s y s t e

21、m w e r ep r e s e n t e d f o r d i r e c t v i s u a l v e r i f i c a t i o n o f p r e s e n t s i m u l a t i o n , a n d f o u n d t h a t t h e s i m u l a t e d r e s u l t sw e r e w e l l c o n

22、s i s t e n t w i t h t h e e x p e r i m e n t a l . T h e S c h l i e r e n i m a g e o f R a y l e i g h - B d n a r d c o n v e c t i o nr e s e m b l e s t h e s h a p e o f c a l c u l a t e d c o n c

23、 e n t r a t i o n c o n t o u r , a n d t h e d i s t r i b u t i o n o f c o n c e n t r a t i o n i nl i q u i d d e p e n d s o n t h e R a y l e i g h - B d n a r d c y c l i c f l o w s . I t i s p o s

24、s i b l e t o u n d e r s t a n d b o t hc o n c e n t r a t i o n f i e l d a n d f l o w f i e l d t h r o u g h t h e S c h l i e r e n i m a g e . T h e c a l c u l a t e d r e s u l t a l s o s h o w

25、 st h a t t h e s o l u t e c o m p o s i t i o n a t t h e g a s - l i q u i d i n t e r f a c e i s n o t u n i f o r m a s s o o n a s t h e a b s o r p t i o np r o c e s s i s s t a r t e d . T h e

26、 c o n s i s t e n c y b e t w e e n r e s u l t s o f e x p e r i m e n t a n d t h a t o f m a t h e m a t i cs i m u l a t i o n s h o w s t h a t t h e p r e s e n t m o d e l i s h e l p f u l i n

27、t h e f u r t h e r u n d e r s t a n d i n g o f R a y l e i g h -Bd n a r d c o n v e c t i o n a n d i t s ma s s t r a n s f e r me c h a n i s m.I n t h e b a s e o f e x p e r i m e n t a l a n d t