泡沫碳化硅波纹规整填料内液体流动特性研究

摘要

泡沫碳化硅材料作为一种新型多孔介质材料，具有开孔率高、比表面积大、耐高温、耐腐蚀、易加工等优良特性。本课题组将泡沫碳化硅材料应用于蒸馏领域，自主开发了压力降较低、传质性能优越的泡沫碳化硅波纹规整填料。
　　本文以泡沫碳化硅波纹规整填料片作为研究对象，对四种新型可视化测试手段进行调研，确定了适用于泡沫碳化硅材料微观研究的实验方法，并在此基础上建立了完善的实验装置。通过配备了微距镜头的高速摄像仪，对不同液体进料流量下的液体流动行为进行实时拍摄和记录，后期利用图像处理软件对拍摄图像进行处理和分析，并与两种传统波纹规整填料片上的液体流动作比较。本文针对泡沫碳化硅波纹规整填料上可能存在的液体流动模式提出了两种假说，并通过实验结果加以验证。研究发现，液体在泡沫碳化硅波纹规整填料片上的流动过程中，同时存在液膜流动模式和准壁流模式两种液体流动模式。
　　此外，分别对泡沫碳化硅波纹规整填料片上的润湿孔和非润湿孔进行研究。研究结果表明，润湿孔的润湿过程可以分为未润湿、半润湿和全润湿三个阶段；在液体润湿孔的过程中，液体流动模式从准壁流模式到液膜流动模式进行转变。在进料位置保持不变的情况下，稳态时非润湿孔的位置基本固定，数量随着进料液体流量的增加而降低。
　　本文还对泡沫碳化硅组合波纹规整填料单元内部的液体传递能力进行了考察，并与传统波纹填料作对比。结果表明，在相同的液体进料流量下，泡沫碳化硅波纹规整填料内波纹片之间的横向液体传递能力强于传统波纹填料。
　　研究揭示了泡沫碳化硅波纹规整填料得以高效传质的根本原因在于其独特的三维贯通网孔结构。无论是泡沫碳化硅波纹规整填料片上的液体横向扩散能力，还是组合波纹片之间的液体横向传递能力，均强于传统波纹填料。因此，该种新型填料具有广阔的工业应用前景。

目录

声明

第一章 文献综述

1.1 规整填料的研究进展

1.2 泡沫碳化硅材料的研究进展

1.3 本文的主要研究内容

第二章 实验方法的探究

2.1 研究测试对象

2.2 可视化方法探究

第三章 碳化硅波纹填料片上的液体流动行为

3.1 实验装置与流程

3.2 波纹片上的液体流动行为

3.3 液体在泡沫碳化硅波纹规整填料片上的流动模式假说

3.4 对泡沫碳化硅波纹规整填料片上液体流动行为的影响因素

3.5 本章小结

第四章 碳化硅波纹填料片上孔的润湿性能研究

4.1 润湿孔和非润湿孔

4.2 润湿孔的润湿过程

4.3 非润湿孔的统计分析

4.4 本章小结

第五章 碳化硅波纹填料单元内的液体传递行为

5.1 波纹填料单元内的液体传递

5.2 实验装置与流程

5.3 液体在波纹填料单元之间的传递行为

5.4 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢