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1、第15卷第1期化学进展Vol.15No.12003年1月PROGRESSINCHEMISTRYJan.,2003*质量、热量传递过程中的Marangoni效应**沙勇成弘余国琮(天津大学化学工程研究所天津300072)摘要由质量、热量传递引发,表面张力梯度驱动的Marangoni效应不但对化学工程、材料工程和热能工程等领域里的一系列过程具有重要的影响,而且是非线性耗散系统理论研究的一个具有实际意义的课题。对Marangoni效应的实验及理论研究有助于增进对微观传热、传质机理的理解,它的合理利用也可能提高某些过程的效率
2、。迄今为止,对Marangoni效应的认识还不能满足理论研究和工程应用的要求。近期在各相关领域内对Marangoni的研究十分活跃,本文回顾了这些研究成果。关键词Marangoni现象质量传递热量传递非线性中图分类号:TQ021文献标识码:A文章编号:1005-281X(2003)01-0009-09*MarangoniEffectintheMassandHeatTransportProcesses**ShaYongChengHongYuGuozong(ChemicalEngineeringResearchCente
3、r,TianjinUniversity,Tianjin300072,China)AbstractMarangonieffectaccompaniedwithheatandmasstransportprocesseshasimportantinflu-enceonchemicalengineering,materialengineering,thermalengineeringandotherfields.Itisalsoanidealprobleminnonlinearscience.Theexperimentala
4、ndtheoreticalstudiesonMarangonieffectcannotonlypromotetheunderstandingofmicrocosmicmechanismofheatandmasstransfer,butalsoimprovetheeffi-ciencyoftransportprocesses.However,uptothepresent,one′sknowledgeonMarangonieffectisstillin-sufficienttomeettheneedofboththeor
5、yandpractice.Recently,theresearchinthisareaisveryactive.ThispaperreviewstheexperimentalandtheoreticalstudiesonMarangonieffect.KeywordsMarangonieffect;masstransfer;heattransfer;nonlinear度将引发Marangoni不稳定性,这种不稳定性可导一、引言致宏观流体流动,流动通常以规则优美的几何形状由热量传递和质量传递引发的Marangoni效呈
6、现,又被称之为Marangoni对流。从促使表面张应不但是研究非线性耗散系统的一个理想课题,而力梯度产生的诱导因素划分,可分为温度驱动的[1]且对化学工业中的传热、传质过程以及材料科学中Marangoni对流和浓度驱动的Marangoni对流。的合金、晶体制备有着显著的影响,是一个具有理论长期以来,普遍认为Marangoni对流只是在界和实用价值的研究对象。Marangoni效应通常用无面处存在,强度较小,因此研究者考虑对实际应用中因次数Marangoni数Ma来表征:Ma=dΔe/(D_)传热、传质效率的影响因素时
7、,往往予以忽略。,当传热、传质过程中界面与主体相表面张力差ΔeMarangoni效应更多的是作为非线性理论工作者研[2,3]>0,即Ma>0且超过一定的临界值时,表面张力梯究的一个良好对象。随着对传热、传质微观机理收稿:2002年2月,收修改稿:2002年7月*国家自然科学基金资助项目(No.20076032)**通讯联系人e-mail:ysha@tju.edu.cn·10·化学进展第15卷的深入研究,人们发现Marangoni效应的作用不容Marangoni对流,可以获得临界失稳条件下的忽略。在许多传热、传质过程中
8、出现的传递速率异常Marangoni流型结构。采用光学观察方法,要求气液现象往往归因于Marangoni效应的产生;在晶体制或液液界面有着明确可视的相界面。这种类型的相备、制药、冶金等领域,传热、传质导致的Marangoni界面通常是水平静止液层表面或严格层流下的水平效应对产品的纯度、质量往往也有着重要的影响。因液层表面,层流自由下落液膜表面,
