超重力工程技術(shù)的基本原理是利用超重力條件下多相流體系的獨(dú)特流動(dòng)行為,強(qiáng)化相與相之間的相對(duì)速度和相互接觸,從而實(shí)現(xiàn)高效的傳質(zhì)傳熱過(guò)程和化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。獲取超重力的方式主要是通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備整體或部件形成離心力場(chǎng),涉及的多相流體系主要包括氣-固體系和氣-液體系。
氣相經(jīng)氣體進(jìn)口管由切向引入轉(zhuǎn)子外腔,在氣體壓力的作用下由轉(zhuǎn)子外緣處進(jìn)入填料。液體由液體進(jìn)口管引入轉(zhuǎn)子內(nèi)腔,經(jīng)噴頭淋灑在轉(zhuǎn)子內(nèi)緣上。進(jìn)入轉(zhuǎn)子的液體受到轉(zhuǎn)子內(nèi)填料的作用,周向速度增加,所產(chǎn)生的離心力將其推向轉(zhuǎn)子外緣。在此過(guò)程中,液體被填料分散、破碎形成極大的、不斷更新的表面積,曲折的流道加劇了液體表面的更新。這樣,在轉(zhuǎn)子內(nèi)部形成了極好的傳質(zhì)與反應(yīng)條件。液體被轉(zhuǎn)子拋到外殼匯集后經(jīng)液體出口管離開(kāi)超重機(jī)。氣體自轉(zhuǎn)子中心離開(kāi)轉(zhuǎn)子,由氣體出口管引出,完成傳質(zhì)與反應(yīng)過(guò)程。
所謂超重力指的是在比地球重力加速度(9.8m/s2)大得多的環(huán)境下物質(zhì)所受到的力。研究超重力環(huán)境下的物理和化學(xué)變化過(guò)程的科學(xué)稱(chēng)為超重力科學(xué)，利用超重力科學(xué)原理而創(chuàng)制的應(yīng)用技術(shù)稱(chēng)為超重力技術(shù)。在地球上，實(shí)現(xiàn)超重力環(huán)境的簡(jiǎn)便方法是通過(guò)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力而模擬實(shí)現(xiàn)。這樣旋轉(zhuǎn)設(shè)備被稱(chēng)為超重力機(jī)，又稱(chēng)為旋轉(zhuǎn)填充床。當(dāng)超重力機(jī)用于氣液多相過(guò)程時(shí)，氣相為連續(xù)相的氣液逆流接觸，又稱(chēng)逆流旋轉(zhuǎn)填充床，其基本結(jié)構(gòu)如圖所示。
它主要由轉(zhuǎn)子、液體分布器和外殼組成。轉(zhuǎn)子為核心部件，主要作用是固定和帶動(dòng)填料旋轉(zhuǎn)，以實(shí)現(xiàn)良好的氣液接觸。超重力設(shè)備的工作原理如下：氣相經(jīng)氣體進(jìn)口管引入超重力機(jī)外腔，在氣體壓力的作用下由轉(zhuǎn)子外緣處進(jìn)入填料。液體由液體進(jìn)口管引入轉(zhuǎn)子內(nèi)腔，在轉(zhuǎn)子內(nèi)填料的作用下，周向速度增加，所產(chǎn)生的離心力將其推向轉(zhuǎn)子外緣。在此過(guò)程中，液體被填料分散、破碎形成極大的、不斷更新的微元，曲折的流道進(jìn)一步加劇了界面的更新。液體在高分散、高湍動(dòng)、強(qiáng)混合以及界面急速更新的情況下與氣體以極大的相對(duì)速度逆向接觸，極大地強(qiáng)化了傳質(zhì)過(guò)程。而后，液體被轉(zhuǎn)子甩到外殼匯集后經(jīng)液體出口管離開(kāi)超重力機(jī)，氣體自轉(zhuǎn)子中心離開(kāi)轉(zhuǎn)子，由氣體出口管引出，完成整個(gè)傳質(zhì)和/或反應(yīng)過(guò)程。
