液滴强化旋流分离过程的机理研究

本项目主要以液滴强化液-液旋流分离为应用背景，采用实验测试研究、理论建模和计算机模拟相结合的手段，研究液滴强化旋流分离过程中细观尺度上的微分散相颗粒的运动规律、排列结构调控、颗粒聚并、调控液滴对微分散相颗粒的捕获机理，以及流场结构与捕获效率之间的关系，从分子水平上认识微分散相液滴与连续相之间的平衡态和动态界面张力，污染物离子、分子和分子聚集体在界面的吸附、对界面性质的影响以及污染物通过界面的传递迁移规律，并建立相应的模型，为微分散相捕获的液滴强化旋流分离系统的设计优化提供指导。

本项目从宏观三维旋转流场，介观液滴颗粒自转运动，和微观界面分子迁移三个尺度，研究了液滴调控和强化液-液分离旋转流场机理。在宏观尺度上，采用体三维流场测速(V3V)，粒子图像测速(PIV)和相位多普勒分析(PDPA)测试技术测定了旋转流场速度分布和流体流动结构，发现了二次涡流沿螺旋线下降的特征和非对称的零轴速包络面结构，考察了分离场结构和分离效果之间的构效关系，还搭建了液滴强化旋流脱盐实验系统。在介观上，开发完成了三维旋转流场中颗粒自转的双相机同步高速摄像测量技术，提出液滴颗粒自转理论模型。在微观上，以二甲基亚砜在己烷/水体系下的迁移过程为例，发现影响该分子从有机相向水相迁移过程中界面区域上的“深阱”现象，水在有机相的分散程度为该分子界面迁移效率的一个重要影响因素，验证了受颗粒自转驱动的液滴界面更新对分子迁移的影响。本项目的成果可以为认识液滴强化旋流分离的机理提供了一定的理论和实践基础。