3.4　不同流态下气-液传质有效比相界面积a的变化

不同流型下的气液两相相互作用强度不同，导致气液传质效率不同，为了验证射流流型划分的科学性以及揭示气液传质机理，本研究采取化学吸收法（CO₂-NaOH体系）测定了不同射流流型下的有效比相界面积a，结果如图3.5所示。

图3.5　WSA有效比相界面积a变化

由图3.5可知，当液相流速较低（2.65m·s^-1 ≤u_L≤ 7.07m·s^-1）时，a值并不随着气体流速的不断增加而增加，而是当气体流速到了一定的值（u_g=18～22m·s^-1）时，随着气体流速的增加a反而降低，且此时射流流速对a值影响较小。对照流型图可知，此时射流流型主要为贴壁雾化旋线射流或低流速下的雾化旋线射流。这可能是因为当射流流速较低时，进口气速增大，射流由稳态射流转变为雾化射流，射流柱中的液体以小雾状液滴的形式分散在气流场中，使a值增大。但是由于射流柱流速较低，其强度和惯性力较小，当继续增大气体流速时，气体旋流场的离心分离作用也随之增强，反而会使得射流雾状液滴之间碰撞频率增大，生成较大液滴，并在离心力作用下加速向WSA的主筒体壁上运动，压缩了气液充分作用空间，甚至发生了贴壁雾化射流现象（u_L≤ 4.42m·s^-1时）。因此，虽然气液雾化程度有所增加，但雾状液滴碰撞凝聚和加速向壁面运动，反而可能造成a值的降低。

当射流流速较高（u_L≥8.84m·s^-1）时，随着进口气速不断增加，比传质面积a值迅速增大，但进口气速u_g继续增大并超过22m·s^-1，也出现a值降低或增大趋于缓慢的情况。这可能是由于在较高的射流流速下，射流柱的强度和射流惯性力很大，增大进口气速，会加剧气液两相作用，射流雾化程度不断增加，此时比传质面积比低流速下的值大得多。但是，过大的进气流速也使得射流雾状液滴之间碰撞频率增大，生成较大液滴，并在离心力作用下加速向WSA的主筒体壁上运动，造成a值降低或增大趋缓的现象。

由射流流型变化图以及有效比相界面积图可知，射流流型的变化必然伴随着相间传质面积的相应变化，两者具有较好的对应关系。在高射流流速（u_L≥8.84m·s^-1）下，由图3.3可知，此时液相射流主要为稳态射流和破碎旋线射流（占总流型区域面积80%以上），但测定的a值却高于低流速下（u_L<8.84m·s^-1）的相应值，宏观上直接观察的稳态和破碎射流流态，实际微观上可能早有部分射流柱已经被雾化。射流流速和进口气速对a值的影响很大，两者之间的耦合作用影响着射流流态和气液传质效率，对WSA的操作有指导作用。WSA适宜在较高射流流速（≥8.84m·s^-1）以及雾化射流流态下进行操作，以获得较高的气-液传质效率。