3.4　不同流態下氣-液傳質有效比相界面積a的變化

不同流型下的氣液兩相相互作用強度不同，導致氣液傳質效率不同，為了驗證射流流型劃分的科學性以及揭示氣液傳質機理，本研究采取化學吸收法（CO₂-NaOH體系）測定了不同射流流型下的有效比相界面積a，結果如圖3.5所示。

圖3.5　WSA有效比相界面積a變化

由圖3.5可知，當液相流速較低（2.65m·s^-1 ≤u_L≤ 7.07m·s^-1）時，a值并不隨著氣體流速的不斷增加而增加，而是當氣體流速到了一定的值（u_g=18～22m·s^-1）時，隨著氣體流速的增加a反而降低，且此時射流流速對a值影響較小。對照流型圖可知，此時射流流型主要為貼壁霧化旋線射流或低流速下的霧化旋線射流。這可能是因為當射流流速較低時，進口氣速增大，射流由穩態射流轉變為霧化射流，射流柱中的液體以小霧狀液滴的形式分散在氣流場中，使a值增大。但是由于射流柱流速較低，其強度和慣性力較小，當繼續增大氣體流速時，氣體旋流場的離心分離作用也隨之增強，反而會使得射流霧狀液滴之間碰撞頻率增大，生成較大液滴，并在離心力作用下加速向WSA的主筒體壁上運動，壓縮了氣液充分作用空間，甚至發生了貼壁霧化射流現象（u_L≤ 4.42m·s^-1時）。因此，雖然氣液霧化程度有所增加，但霧狀液滴碰撞凝聚和加速向壁面運動，反而可能造成a值的降低。

當射流流速較高（u_L≥8.84m·s^-1）時，隨著進口氣速不斷增加，比傳質面積a值迅速增大，但進口氣速u_g繼續增大并超過22m·s^-1，也出現a值降低或增大趨于緩慢的情況。這可能是由于在較高的射流流速下，射流柱的強度和射流慣性力很大，增大進口氣速，會加劇氣液兩相作用，射流霧化程度不斷增加，此時比傳質面積比低流速下的值大得多。但是，過大的進氣流速也使得射流霧狀液滴之間碰撞頻率增大，生成較大液滴，并在離心力作用下加速向WSA的主筒體壁上運動，造成a值降低或增大趨緩的現象。

由射流流型變化圖以及有效比相界面積圖可知，射流流型的變化必然伴隨著相間傳質面積的相應變化，兩者具有較好的對應關系。在高射流流速（u_L≥8.84m·s^-1）下，由圖3.3可知，此時液相射流主要為穩態射流和破碎旋線射流（占總流型區域面積80%以上），但測定的a值卻高于低流速下（u_L<8.84m·s^-1）的相應值，宏觀上直接觀察的穩態和破碎射流流態，實際微觀上可能早有部分射流柱已經被霧化。射流流速和進口氣速對a值的影響很大，兩者之間的耦合作用影響著射流流態和氣液傳質效率，對WSA的操作有指導作用。WSA適宜在較高射流流速（≥8.84m·s^-1）以及霧化射流流態下進行操作，以獲得較高的氣-液傳質效率。