垂直板上开窗区受限自由膜的形成

液膜是常见的气液接触方式之一,依据单或双自由面可分为壁面膜和自由膜。不同于传统液膜研究,板上开窗或开孔后会同时存在这2种液膜。实验采用了6种液体(Ka数52~3000)和10余种不同尺寸的矩形窗(9~1152mm2),观察了垂直板上下降液膜通过开窗区产生的自由膜流动行为。结果表明,在表面张力、惯性力、重力及黏性力的共同作用下,液体通过开窗区的方式有绕流、过流、偏流和"背流"4种主要形式。随着流量的增加,过流又可以有液滴、液柱、液膜以及它们的组合等丰富流型,同时窗内自由膜在表面张力主导下易受扰动而聚并、破碎,流型呈现多样性和动态性。当流量达到临界值时,窗口内会形成完整稳定的受限自由液膜,呈现板上壁面膜与窗口内受限自由膜交替共存的特殊液膜——孪生液膜。本文关联了临界Re数、Ka数和无量纲几何参数Nx,给出了成膜条件的经验判别式。孪生液膜具有的特殊波列结构、成膜过程的迟滞现象以及2种液膜和固体壁间相互作用引起的多重干扰等,都体现出与传统的壁面液膜和自由液膜不同的流动性质。实验结果将有助于工业过程中开窗和开孔的几何优化,强化传递过程,并进一步丰富传统的液膜研究领域。