液-液分散与滴内传质的非稳态模型解析

液-液分散模型及滴内传质是1988年发表在清华大学学报(自然科学版)的一项重要研究成果。该研究专注于湍流场中的液-液分散现象以及滴内传质的非稳态过程。论文的核心发现是，Sauter平均滴径随时间的变化可以通过滴群平衡方程和简化后的液滴破碎函数和聚合函数来描述。在分散初期，当分散相存留量较少时，可以忽略聚合作用，简化液滴破碎为等体积的二分裂过程，这反映了分散过程中的动态行为。 滴内传质则是通过Danckwerts表面更新理论来探讨，其界面更新速率被定义为单位时间内滴群比表面的更新分数，这是一个关键的概念，用于理解溶质在液滴内部的传输效率。此前，对于液-液体系中湍流场中的分散和传质过程的研究并不充分，如Valentas K.J.等人的工作主要停留在理论分析层面，缺乏实验证据；Hong和Lec提出的经验方程同样未涉及深入的理论分析。 论文特别指出，以往对分散相控制的传质研究主要集中在静止连续相中液滴的浮沉过程，而在流动条件下，如湍流场中，如何利用溶质渗透理论和界面更新理论来准确计算传质系数仍是一个未解决的问题。这涉及到界面元素的平均暴露时间和界面更新速率的精确度量，这些参数的不确定性限制了这一领域的实际应用。 实验方面，研究者采用了间歇萃取操作，通过在搅动的连续相中快速注入含有溶质的分散相，观察并记录液滴尺寸的变化以及两相浓度随时间的动态变化，从而揭示非稳态过程中的复杂物理机制。 这项研究不仅提供了液-液分散和滴内传质的理论框架，还通过实验数据验证了理论模型，为后续在实际工业应用中优化液液分离过程提供了科学依据。