气-液两相反应器介尺度流动结构与颗粒传质过程的关联与调控

The mass transfer process in gas-liquid two-phase reactor is controlled by the ensemble effect of both the particle cluster flow and the near interface mass transfer, and exhibits meso-scale phenomenon. In this project, we propose to investigate the meso-scale phenomenon in the fluid flow of a form of particle clusters and mass transfer phenomena in the scale of particle. By studying the mesa-scale behaviors of the non-uniform flow in the scale of particle-reactor, mass transfer behaviors in the region near the particle and the correlation between mass transfer and fluid flow, we are to investigate the so-called clustered particle flow mass transfer model to represent the meso-scale phenomenon and analyze its stability condition and controllability. Finally we propose to establish a paradigm for modeling gas-liquid two-phase reactor by a meso-scale method.

多相反应过程中气液传质过程受颗粒群流动与颗粒传质的协同影响，并呈现介尺度现象。本项目旨在研究颗粒群介尺度流动与传质行为，以及颗粒群和近颗粒区域浓度场相互作用与耦合机制，研究颗粒-反应器不均匀流动介尺度行为、近颗粒区域传质行为以及传质与颗粒聚团行为的关联，建立颗粒群传质介尺度模型，探讨其稳定条件及调控方法，力争建立气液相反应器介尺度模型化方法的范例。

多相反应过程中气液传质过程受颗粒群流动与颗粒传质的协同影响，并呈现介尺度现象。本项目旨在研究颗粒群介尺度流动与传质行为，以及颗粒群和近颗粒区域浓度场相互作用与耦合机制，研究了颗粒-反应器不均匀流动介尺度行为、近颗粒区域传质行为以及传质与颗粒聚团行为的关联，建立颗粒群传质介尺度模型，探讨其稳定条件及调控方法，建立了气液相反应器介尺度模型化方法。.研究表明，一个开放的传递过程系统，传递强度随传递导致的熵产率，以及流体的黏性耗散均呈单调变化关系。在给定黏性耗散条件下，当熵产达到极值，则传递强度达到最大。如增加黏性耗散，相应的传递熵产率极值也发生变化。表明了流体中传递过程的两个重要的控制机制，即：传递过程的熵产率和流动的黏性耗散。基于上述结果，提出了界面Rayleigh-Bénard对流现象的介尺度模拟方法，建立了基于反应及传热熵产极值的热力学效率分析和和优化方法。..研究发现了跟随气泡受先行气泡尾流及剪切变稀效应影响，建立了描述跟随气泡上升速度的理论模型。考察了气泡尺寸、气泡生成频率、气泡上升速度和液相性质等因素对气泡最小聚并高度的影响。得到了三种气泡流型及流型转变线，并得到三种流型间的转化线。得出了气泡的临界聚并初始距离，作为判定气泡是否聚并的准则。提出了半经验的临界聚并距离预测式，提出了气泡间相互作用的经验关联式。建立了适用于气液固三相流化床以及循环流化床的全局介尺度流动模型。模拟研究了稳态下气泡的加速度行为和气泡的聚并行为。.研究发现了在液液界面处溶质的分布存在一峰值，即在界面处存在溶质分子的势阱。发现在平行和垂直于界面方向的不同测量方法会给出不同的界面特征；固体表面纳微结构对其上液体相行为和动力学行为有着极为重要的影响。