韓紅明，從海峰，李洪，高鑫，李鑫鋼

（1 天津大學(xué)化工學(xué)院，精餾技術(shù)國(guó)家工程研究中心，天津化學(xué)化工協(xié)同創(chuàng)新中心，天津 300350；2 天津大學(xué)浙江研究院，浙江 寧波 315000）

填料塔作為一種重要的傳質(zhì)、傳熱和分離設(shè)備，被廣泛應(yīng)用于化工領(lǐng)域。填料是填料塔內(nèi)最核心的塔內(nèi)件，它提供了氣液兩相接觸的場(chǎng)所，其性能的優(yōu)劣對(duì)填料塔的分離效果起決定性作用。規(guī)整填料由于具有壓降低、通量大、傳質(zhì)效率高等優(yōu)點(diǎn)，在化工氣液傳質(zhì)分離領(lǐng)域備受青睞，但液體自分布性能較差，影響氣液傳質(zhì)傳熱過程，需要每隔一段距離對(duì)液體進(jìn)行重新分布，因而新型自分布高效規(guī)整填料的開發(fā)及應(yīng)用一直是研究的熱點(diǎn)。

為了得到一種高效率、低壓降且自分布能力優(yōu)良的規(guī)整填料，Hattori 等提出了一種新型的氣液接觸裝置，將一定直徑的細(xì)線垂直放置在塔內(nèi)，經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)的液體分布器，液體以液膜的形式包裹細(xì)線，且會(huì)以一定的間隔在液膜外形成液珠，液珠和液膜沿著限定的路徑向下緩慢流動(dòng)，由于液體不會(huì)發(fā)生徑向流動(dòng)和返混，因此也無(wú)需對(duì)液體進(jìn)行再分布。Grünig 等為了改善細(xì)線表面液體的流動(dòng)形態(tài)，使用不同幾何結(jié)構(gòu)的鎖鏈來替代細(xì)線，不僅使液膜分布更加均勻，而且增大了液相負(fù)荷，但是分離效率有所降低。Komae等將橡膠繩以一定的間距緊緊纏繞在濕壁塔外壁，繩子幾何結(jié)構(gòu)均勻一致，相鄰繩子間距相等且互相平行，形成一個(gè)多螺旋結(jié)構(gòu)。當(dāng)液相經(jīng)液體分布器從塔頂流下時(shí)會(huì)沿著平行螺旋線間隙螺旋向下流動(dòng)，與上升氣相進(jìn)行接觸傳質(zhì)，在不影響氣相通道的情況下大大延長(zhǎng)了氣液接觸時(shí)間，其流體流動(dòng)和二氧化碳吸收實(shí)驗(yàn)表明，液體在螺線間隙流動(dòng)時(shí)會(huì)出現(xiàn)周期性的震蕩，與濕壁塔相比，氣體吸收效率顯著提高。

這類結(jié)構(gòu)和形狀各異、垂直排布在塔內(nèi)的規(guī)整填料，可以統(tǒng)稱為新型束流型規(guī)整填料，它們具有相同的流體力學(xué)特征，液相被嚴(yán)格約束在填料表面自上而下流動(dòng)，無(wú)徑向流動(dòng)，氣相和液相均是連續(xù)相。不同于常規(guī)規(guī)整填料，它簡(jiǎn)化了塔內(nèi)的氣液流動(dòng)形式，垂直型的排布降低了填料層壓降，且具有優(yōu)良的自分布能力，減弱了放大效應(yīng)?；谛滦褪餍鸵?guī)整填料，受螺旋冷凝管中冷凝液沿著螺線螺旋向下流動(dòng)的啟發(fā)，Cong等提出了螺旋液橋降膜垂直型規(guī)整填料的概念。在商用螺旋彈簧的基礎(chǔ)上，開發(fā)出了一種等直徑螺線的螺旋液橋降膜規(guī)整填料，該填料具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、建造容易、材料來源廣泛等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)其流體力學(xué)和傳質(zhì)性能研究表明，螺旋液橋降膜規(guī)整填料的有效比表面積與傳統(tǒng)B1-350Y 型金屬絲網(wǎng)規(guī)整填料相當(dāng)，但液膜更薄、壓降更低以及平均停留時(shí)間也更長(zhǎng)，因此，將其作為一種新型的氣液接觸傳質(zhì)元件應(yīng)用于分離領(lǐng)域具有良好的前景。

液橋是螺旋液橋降膜規(guī)整填料的重要特征，也是氣液之間進(jìn)行高效傳質(zhì)傳熱的場(chǎng)所。液相在螺線間隙形成的液橋上下兩端附著于螺線表面，將互相平行的螺線連接起來，液橋內(nèi)外兩側(cè)置于大氣環(huán)境或者特殊的氣體環(huán)境中，與另一相流體互相接觸形成自由表面，因此螺線間隙能否形成穩(wěn)定且連續(xù)的液橋決定著填料性能的優(yōu)劣。目前對(duì)螺線間隙液橋的形成和流動(dòng)研究較少，尤其是在微觀尺度下哪些因素影響著液橋的形成和流動(dòng)尚未有研究，優(yōu)化過的螺線能否形成液橋也不得而知。本文將通過采用配備微距鏡頭的高清相機(jī)和高清攝像儀，結(jié)合示蹤粒子追蹤方法，觀測(cè)液橋在填料螺線間隙的形成、變化和流動(dòng)形式，并探究哪些參數(shù)和因素影響液橋的形成和穩(wěn)定。

1 螺旋液橋降膜規(guī)整填料結(jié)構(gòu)特征

螺旋液橋降膜規(guī)整填料中的單個(gè)螺旋線結(jié)構(gòu)和幾何參數(shù)如圖1 所示。螺旋線是由單根矩形截面直線以一定的直徑、傾角和間隙寬度螺旋環(huán)繞而成，組成填料時(shí)多根螺線豎直排放間距相等且互相平行，填料幾何結(jié)構(gòu)涉及五個(gè)參數(shù)：填料直徑、螺旋線傾角、螺線間隙寬度、螺線寬度和螺線厚度。填料是由機(jī)加工而成，所以當(dāng)直徑確定后，傾角隨螺距的改變而變化。長(zhǎng)度可根據(jù)實(shí)際需求而定，螺線寬度、厚度和材質(zhì)共同決定了填料的機(jī)械強(qiáng)度。另外，螺線材質(zhì)也會(huì)影響液橋的形成和流動(dòng)，當(dāng)螺線材質(zhì)較為光滑、表面潤(rùn)濕性較差時(shí)，螺線和測(cè)試液體之間的接觸角增大，維持液橋形成的毛細(xì)力和黏附力減小，液橋穩(wěn)定性降低；當(dāng)螺線材質(zhì)較為粗糙、表面潤(rùn)濕性較好時(shí)，螺線和測(cè)試液體之間的接觸角減小，液體從上層螺線流向下層螺線的阻力減小，此時(shí)會(huì)有部分液體越過螺線沿豎直方向直接降落，導(dǎo)致液體在填料上的停留時(shí)間減小，因此，螺線材質(zhì)應(yīng)具有適度的粗糙度，以便與測(cè)試液體之間形成合適的接觸角。在本實(shí)驗(yàn)中螺線材質(zhì)為不銹鋼，其在25℃下與蒸餾水的接觸角為82.1°，但螺線材質(zhì)不限于不銹鋼，也可以是樹脂、工程塑料等材料，只要其具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和適度的潤(rùn)濕性能即可。

圖1 螺旋液橋降膜規(guī)整填料結(jié)構(gòu)示意圖及幾何參數(shù)

2 實(shí)驗(yàn)裝置與設(shè)備

圖2為自主搭建的螺旋液橋降膜規(guī)整填料流體流動(dòng)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)裝置，單根螺線被豎直固定在裝置中間，頂部與液體分布器相連，底部與固定限位器相連。液體分布器是由兩個(gè)不銹鋼圓管通過焊接而成，外管和內(nèi)管之間的環(huán)形空間為液體儲(chǔ)槽，內(nèi)管的一定高度對(duì)稱開有若干孔道，液體到達(dá)孔道后，通過溢流的方式從孔道流出，分布器的下端也對(duì)稱開有兩個(gè)4mm的螺紋孔，螺線被嵌入內(nèi)管，并通過平頭螺栓固定，內(nèi)管的內(nèi)徑比螺線的外徑大1mm。底部固定限位器的作用是避免螺線自身質(zhì)量和螺線間隙充滿液體后在重力作用下被拉伸，而對(duì)填料螺線間隙寬度造成影響。流體流動(dòng)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)中所用的螺線參數(shù)見表1。

圖2 流體流動(dòng)測(cè)試裝置示意圖

表1 螺旋液橋降膜規(guī)整填料幾何參數(shù)

螺線被豎直固定在裝置中間后，離心泵將水箱中的液體經(jīng)轉(zhuǎn)子流量計(jì)輸送到頂端的液體分布器中，通過溢流進(jìn)入螺線。在重力驅(qū)動(dòng)和螺線的約束下，液體從螺線頂端沿著螺線向下流動(dòng)，最后離開螺線流入下方的水箱。轉(zhuǎn)子流量計(jì)調(diào)節(jié)液體流量，當(dāng)螺線間隙形成穩(wěn)定液橋后，使用高清相機(jī)記錄液橋形貌，并通過圖像處理軟件ImageJ180 對(duì)圖像進(jìn)行處理。高清相機(jī)水平安裝在一個(gè)可自由調(diào)節(jié)高度的平臺(tái)上，使用微距鏡頭記錄液橋局部變化，另外，使用高速攝像儀結(jié)合示蹤粒子觀察液橋在螺線間隙的流動(dòng)形式。高清相機(jī)和高速攝像儀均屬于非侵入式的光學(xué)測(cè)量方法，不會(huì)對(duì)液體在螺旋液橋降膜規(guī)整填料螺線間隙的流動(dòng)形式和流場(chǎng)分布產(chǎn)生干擾。

開始實(shí)驗(yàn)時(shí)，先將液體流量調(diào)至最大使填料充分潤(rùn)濕，再分別從小到大、從大到小緩慢調(diào)節(jié)液體流量，觀測(cè)并記錄液橋在填料螺線間隙的形成、變化和流動(dòng)，并依次對(duì)不同規(guī)格螺線進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在本實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)條件為288.16K、101325Pa，以蒸餾水為實(shí)驗(yàn)物系。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 螺線直徑和寬度對(duì)液橋形成的影響

選用螺線直徑分別為12mm、14mm、16mm，間隙寬度2.5mm和螺線寬度2.5mm，探究直徑對(duì)液橋的影響。如圖3所示，直徑對(duì)液橋的形成沒有顯著影響，無(wú)論螺線直徑如何，在一定液相負(fù)荷下液體均能在螺線間隙形成穩(wěn)定且連續(xù)的液橋。另外，選用螺線寬度2.5mm 和3.0mm、直徑14mm、螺線間隙寬度2.5mm，探究螺線寬度對(duì)液橋的影響。發(fā)現(xiàn)液體在不同螺線寬度的填料螺線間隙也均能形成穩(wěn)定且連續(xù)的液橋，隨著液相負(fù)荷的增大，螺線越寬的填料液橋越穩(wěn)定，同時(shí)液橋厚度也增加，但液橋厚度增加會(huì)降低氣液之間的傳熱傳質(zhì)效率。綜上，螺線直徑和寬度對(duì)液橋的形成沒有顯著影響，但螺線寬度會(huì)影響液橋厚度，進(jìn)而影響傳質(zhì)傳熱效率。

圖3 不同直徑螺線間隙液橋形態(tài)

3.2 螺線間隙寬度和液相物性對(duì)液橋形成及結(jié)構(gòu)的影響

螺線間隙寬度即兩平行螺線之間的距離，簡(jiǎn)稱螺距。如圖4所示，在相同的液相負(fù)荷下螺線間隙寬度越大，液橋邊界曲率越大，液橋越狹長(zhǎng)，所能提供的氣液接觸界面也越大，有利于傳質(zhì)傳熱的進(jìn)行，也能減少材料的用量，提高填料空隙率。然而，較為狹長(zhǎng)的液橋會(huì)使其穩(wěn)定性降低。

圖4 不同螺線間隙寬度液橋邊界輪廓

為了更進(jìn)一步探究螺距對(duì)液橋形成和變化的影響，將螺旋液橋降膜規(guī)整填料的螺線簡(jiǎn)化為兩個(gè)平行平板。將兩個(gè)長(zhǎng)寬厚（2mm×2mm×1mm）完全相同的平板上下平行放置（圖5），分別固定在兩個(gè)可以360°旋轉(zhuǎn)，前后左右均可移動(dòng)的平臺(tái)上，下部的平臺(tái)放置在升降臺(tái)上，便于調(diào)節(jié)兩平板間距，用高清相機(jī)記錄液橋隨板間距的變化，并使用圖像處理軟件（ImageJ180）對(duì)高清相機(jī)拍攝的圖像進(jìn)行處理。

圖5 兩平板間液橋變化觀測(cè)實(shí)驗(yàn)裝置

使用微量移液槍移取2μL 液體于頂部平板上（圖6），固液之間的附著力大于液滴受到的重力，液滴懸浮于平板上，此時(shí)調(diào)節(jié)底部的升降平臺(tái)，隨著板間距離的減小，下平板逐漸靠近液體，下平板與液滴的接觸過程分為四個(gè)階段：接近、壓縮、遠(yuǎn)離和斷裂。

圖6 不同板間距和液體體積液橋邊界輪廓變化

（1）接近階段 下平板從液滴正下方的位置緩慢向上移動(dòng)，逐漸地接近液滴。

（2）壓縮階段 下平板與液滴發(fā)生接觸，在上下平行平板之間形成液橋，液橋呈現(xiàn)圓柱形，下平板繼續(xù)勻速向上移動(dòng)，減小板間距，液橋呈現(xiàn)凸形，此時(shí)液橋處于壓縮狀態(tài)，液橋表面所受毛細(xì)力的方向與表面層液體受到的拉力方向一致。

（3）遠(yuǎn)離階段 下平板向上移動(dòng)一定距離后，反向旋轉(zhuǎn)螺桿下平板開始緩慢向下移動(dòng)，隨著板間距的增大，液橋的形狀由凸形到圓柱形再到凹形變化，當(dāng)液橋形狀過渡到凹形時(shí)，所受毛細(xì)力的方向與凸形相反，繼續(xù)向下移動(dòng)，液橋變得越來越狹長(zhǎng)，重力對(duì)其影響也越來越顯著，液橋最窄“頸部”逐漸上移，這是由于在重力的影響下，液橋內(nèi)部的壓強(qiáng)分布不均衡，上部壓強(qiáng)小，下部壓強(qiáng)大造成的。

（4）斷裂階段 下平板下降到一定高度后，液橋發(fā)生斷裂，實(shí)驗(yàn)結(jié)束。將液體體積增大到4μL，重復(fù)上述操作過程，發(fā)現(xiàn)液橋斷裂時(shí)的板間距較2μL液體有所增大，但隨著板間距的增大，液橋上下的不對(duì)稱性也越來越顯著，這是由于液橋體積越大其內(nèi)部壓強(qiáng)分布越不均衡，液橋也越容易因失去平衡而斷裂，這也是液橋不能無(wú)限制拉長(zhǎng)的主要原因。使用不同物系進(jìn)行實(shí)驗(yàn)（表2），發(fā)現(xiàn)乙醇和環(huán)己烷的最大液橋長(zhǎng)度小于水，這是因?yàn)橐掖己铜h(huán)己烷的表面張力較小，而維持液橋穩(wěn)定存在的力主要是由表面張力形成的毛細(xì)力所提供，因此，液體表面張力減小，會(huì)造成最大液橋長(zhǎng)度減小，板間距也隨之減小。分別重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)三次，均是相同的結(jié)果。

表2 不同物系最大液橋長(zhǎng)度

綜上所述，當(dāng)液體體積一定時(shí)，隨著板間距的增大液橋穩(wěn)定性降低，重力對(duì)液橋的影響也愈加顯著，這是因?yàn)槊?xì)力形成的毛細(xì)長(zhǎng)度具有一定的極限，液橋不能無(wú)限被拉長(zhǎng)；當(dāng)板間距一定時(shí)，隨著液體體積的增大液橋穩(wěn)定性提高，氣液界面毛細(xì)力隨液體體積增大而增大，毛細(xì)長(zhǎng)度增加；當(dāng)板間距和液體體積均一定時(shí)，液體表面張力越大液橋越穩(wěn)定，這是因?yàn)槊?xì)力主要由表面張力所提供。因此，液橋穩(wěn)定性不僅與板間距和液體體積有關(guān)，而且受液體表面張力的影響。為了得到較為穩(wěn)定的液橋，可以增大液相負(fù)荷減少板間距以及提高液體表面張力，但板間距的減小會(huì)使氣液接觸面積減小，而提高液體表面張力又比較困難，因此，在毛細(xì)長(zhǎng)度內(nèi)液橋能穩(wěn)定且連續(xù)存在時(shí)應(yīng)當(dāng)盡可能地增大填料螺線間隙寬度。除了表面張力對(duì)液橋的形成有影響外，液體黏度對(duì)液橋的形成和流動(dòng)也有重要影響，較高的液體黏度會(huì)使流體層之間的阻力增大，不僅有利于液橋的初始形成，而且使得液橋內(nèi)部流體的速度分布更加均勻，但是會(huì)影響填料的液相負(fù)荷。

3.3 液相負(fù)荷對(duì)液橋的影響

采用配有微距鏡頭的高清相機(jī)觀測(cè)螺旋液橋降膜規(guī)整填料螺線間隙液橋邊界隨液相負(fù)荷的變化情況。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，隨著液相負(fù)荷的增大，液橋不斷地向外擴(kuò)張，圖7為螺距2.0mm螺線液橋邊界隨液相負(fù)荷的變化情況。從小到大逐漸調(diào)節(jié)液體流量，當(dāng)液體流量較小時(shí)，液體沿著螺線間隙斷斷續(xù)續(xù)地向下流動(dòng)，不能形成連續(xù)的液橋，流量達(dá)到7mL/min才形成連續(xù)的液橋，由于毛細(xì)力的作用，液橋呈現(xiàn)凹型，繼續(xù)增大流量，液橋邊界也隨之向外擴(kuò)張，流量達(dá)到80mL/min 時(shí)液橋充滿整個(gè)螺線間隙，此時(shí)液橋邊界由凹變平。通過對(duì)比圖7發(fā)現(xiàn)，當(dāng)液體流量從10mL/min 增加到50mL/min 時(shí)，液橋邊界向外擴(kuò)張明顯，液橋最窄“頸部”到測(cè)試螺線外接圓柱體母線之間的距離（為了方便本文中簡(jiǎn)稱為頸線距離）從1.12mm減小到0.18mm，這時(shí)液橋內(nèi)部壓力的增加主要通過毛細(xì)力的增大來平衡；當(dāng)液體流量從50mL/min 增加到80mL/min 時(shí)，液橋邊界向外擴(kuò)張的速度明顯降低，此時(shí)，僅減小了0.18mm，液橋內(nèi)部壓力的增加主要用來提高液橋軸向流動(dòng)速度。

圖7 液橋邊界隨液相負(fù)荷變化

改變螺線的螺距和直徑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，圖8(a)是不同螺距液橋頸線距離隨液相負(fù)荷的變化，從圖中可以看出隨著液相負(fù)荷的增加，液橋頸線距離均是先快速減小然后緩慢減小，最終減小到0，即液橋邊界向外擴(kuò)張的速度在不斷減小，逐漸完成由凹到平的變化。不同螺距形成穩(wěn)定液橋的最小液相負(fù)荷不同，液橋充滿螺線間隙的最大液相負(fù)荷也不同，螺距越大，形成穩(wěn)定液橋時(shí)的最小液相負(fù)荷和最大液相負(fù)荷均增大，這是因?yàn)槁菥嘣酱笠簶蛟讲灰仔纬?，但螺線間隙能容納更多的液體。由于在相同液相負(fù)荷下螺距越大螺線間隙形成的液橋越狹長(zhǎng)，因此，在液橋邊界完全變平之前，螺距越大液橋“頸線距離”越大。圖8(b)是不同直徑螺線的液橋“頸線距離”隨液相負(fù)荷變化，在相同液相負(fù)荷下，不同直徑螺線的液橋“頸線距離”基本相等，即液橋邊界變化不受螺線直徑的影響。

圖8 液橋頸線半徑隨液相負(fù)荷變化

綜上所述，液橋隨著液相負(fù)荷的增大不斷向外擴(kuò)張，逐漸由凹變平，這種變化與螺線的螺距和直徑無(wú)關(guān)，但螺距會(huì)影響液橋的液相負(fù)荷范圍。

3.4 液橋流動(dòng)形式

液體在重力或者剪切力的作用下在填料表面作膜狀流動(dòng)，氣液之間的傳質(zhì)傳熱均在液膜表面進(jìn)行，因此液體流動(dòng)形式也是表征填料性能的一個(gè)重要參數(shù)。為了探究液橋在螺旋液橋降膜規(guī)整填料螺線間隙的流動(dòng)形式，使用平均粒徑為5μm 的紅色聚苯乙烯微球作為示蹤粒子進(jìn)行流體流動(dòng)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)。

使用移液槍將一滴示蹤粒子溶液添加到螺線間隙，示蹤粒子將會(huì)隨著液橋一起流動(dòng)，使用高清攝像儀記錄示蹤粒子在螺線間隙隨液橋的流動(dòng)形式，并截取了10 張不同時(shí)刻示蹤粒子在螺旋線上的位置變化（圖9）。通過圖像慢放，得出在該液相負(fù)荷下示蹤粒子在螺線間隙的流動(dòng)形式是沿著螺旋線方向螺旋下降的。螺旋液橋降膜流動(dòng)會(huì)顯著增加液相在填料上的停留時(shí)間，從而增加氣液之間的傳質(zhì)傳熱效率。如圖9所示，在相同的時(shí)間間隔內(nèi)示蹤粒子下降的高度基本相同，但隨著下降高度的增加在軸向上示蹤粒子會(huì)逐漸的分散開來，螺線越長(zhǎng)這種現(xiàn)象越顯著，說明液橋在螺線間隙的流動(dòng)過程是加速螺旋下降的，導(dǎo)致前一個(gè)粒子和后一個(gè)粒子之間的距離會(huì)越來越大，也就出現(xiàn)了示蹤粒子簇被拖長(zhǎng)的現(xiàn)象。同時(shí)，液橋速度增大會(huì)導(dǎo)致離心力也增大，液橋的穩(wěn)定有可能受到破壞，這對(duì)填料是不利的，因此填料并不是越長(zhǎng)越好。改變液相負(fù)荷并對(duì)不同規(guī)格填料進(jìn)行測(cè)試，液橋均是沿著螺旋線的方向螺旋下降。在液相負(fù)荷為40mL/min時(shí)，表3 統(tǒng)計(jì)了不同直徑、螺距和螺線寬度的液體停留時(shí)間，從表中可以看出，直徑越大液體在螺線上的停留時(shí)間越長(zhǎng)，螺距越小液體停留時(shí)間越長(zhǎng)，而螺線寬度對(duì)液體停留時(shí)間沒有影響，這是因?yàn)橐后w沿著螺線流動(dòng)，相同高度的螺線直徑越大、螺距越小，液體在螺線間隙流動(dòng)方向上的流動(dòng)路徑越長(zhǎng)，液體停留時(shí)間也越長(zhǎng)，較長(zhǎng)的停留時(shí)間有利于氣液之間的傳質(zhì)傳熱。此外，通過冷膜實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)氣相介質(zhì)為空氣或二氧化碳時(shí)，氣相對(duì)液橋的形成和流動(dòng)幾乎沒有影響，這是由于液橋被嚴(yán)格約束在螺線間隙，沿著螺旋線流動(dòng)，氣相在填料內(nèi)外的環(huán)形區(qū)域流動(dòng)，氣液兩相流通通道固定，互不干擾。

圖9 液橋流動(dòng)形式下示蹤粒子的流動(dòng)過程

表3 不同規(guī)格螺線液體停留時(shí)間（V0=40mL/min）

4 結(jié)論

本文通過配備微距鏡頭的高清相機(jī)和高清攝像儀對(duì)螺旋液橋降膜規(guī)整填料進(jìn)行流體流動(dòng)實(shí)驗(yàn)，觀測(cè)液橋在螺線間隙的形成和示蹤粒子隨液橋在螺線間隙的流動(dòng)形式，發(fā)現(xiàn)在一定的液相負(fù)荷下液體在螺線間隙均能形成穩(wěn)定且連續(xù)的液橋，并進(jìn)一步探究了填料規(guī)格參數(shù)和液相負(fù)荷對(duì)液橋的影響，得到的主要結(jié)論如下。

（1）螺線直徑和寬度對(duì)液橋的形成沒有影響，螺線越寬液橋越穩(wěn)定，但液橋厚度也會(huì)增加。在相同的液相負(fù)荷下，螺線間隙寬度越大液橋邊界曲率越大，液橋越狹長(zhǎng)，氣液接觸面積也越大，有利于傳質(zhì)傳熱的進(jìn)行。

（2）螺距、液體體積和液相物性影響著液橋的穩(wěn)定性，螺距越小、液體體積和表面張力越大液橋越穩(wěn)定。在液橋能穩(wěn)定且連續(xù)存在時(shí)應(yīng)當(dāng)盡可能地增大螺距，以增加氣液之間接觸面積，并減少材料用量。

（3）隨著液相負(fù)荷的增加，液橋邊界會(huì)不斷地向外擴(kuò)張，會(huì)出現(xiàn)由凹到平的變化，當(dāng)液體充滿螺線間隙后液橋邊界不再發(fā)生變化。

（4）使用平均粒徑為5μm 的紅色聚苯乙烯微球作為示蹤粒子來表征螺線間隙液橋流動(dòng)形式，發(fā)現(xiàn)在一定的液相負(fù)荷下，液體在螺線間隙的流動(dòng)形式是沿著螺線方向螺旋下降，液體速度隨著下降距離的增加逐漸增大。