离心力场下多孔介质内卫星液滴的形成机理研究

In order to study the forming mechanism of the satellite droplets inside the porous media under centrifugal force field, the visual experiment platform which combined the droplet capture device and high-speed stroboscopic photography will be established. Droplet-droplet collisions, droplet-wall collisions, and air-liquid two-phase flow (oscillations and break-up of the liquid particles under high rotating speed and gas velocity), etc, will be studied to determine the true origin of the satellite droplets. Based on the experimental results, microscopic models for the forming, the motion, the development and the death of the satellite droplets will be proposed in this study. Then, the influence of the size and structure of the porous media, the liquid surface tension, the centrifugal force and the gas velocity on the forming probability and the number of the satellite droplets will be investigated to determine the favorable conditions of the satellite droplet forming, which will be used to strengthen the chemical engineering transfer processes.

为了研究离心力场下多孔介质内部卫星液滴的形成机理，利用自制的液滴捕获装置和高频摄像技术建立可视化的实验平台，考察离心力场下液-液碰撞、液-固碰撞以及气液两相流（高转速、高气速下液体微团震荡破碎）等流体力学特性，探索离心力场下卫星液滴的真实来源，在此基础上，将卫星液滴的形成、运动、发展及消亡过程模型化，建立微观理论模型，研究多孔介质孔穴尺寸、结构、液体表面张力、离心力大小及气速等对卫星液滴形成概率及数量的影响，探索促进卫星液滴形成的有利条件，用于强化化工传递过程。

为了揭示离心力场强化传递和反应过程的基本规律，首先，利用自制装置对离心力场下多孔介质内的液体流动进行了实验研究，研究了液体在三角螺旋填料层内的运动规律，捕获得到离心力场下液滴碰撞后形成卫星液滴（或微型液滴）的过程；在离心力场内研究了液体在催化剂层内的运动规律，捕获得到液体在催化剂层的绕流及通道流的流动过程；而后，在实验的基础上建立了离心力场下的气液两相流数学模型，用于计算离心力场下气液两相流速度流场、压力分布、液膜厚度及液膜内部湍流所占的比例等流体力学性能参数；建立了离心力场内的液液撞击、液固撞击、液滴破碎等理论模型，用于模拟离心力场内卫星液滴的形成过程；建立了离心力场下的液体绕流数学模型，用于描述离心力场下液体在催化剂颗粒表面的绕流现象；建立了离心力场下催化剂层内的通道流模型，用于描述液体流经催化剂颗粒构建而成的通道内的流动现象。最后，在基础研究的基础上，在自制的气液传质设备和离心式生物反应器内展开了应用研究，研究结果为利用离心力场强化传递及反应过程的工业应用提供了基础数据和理论依据。