Turbulent gas flux measurements below the air-water interface of a grid-stirred tank

Experiments have been conducted in an effort to elucidate the details of the interfacial gas transfer mechanism under liquid-side control. Near-surface liquid turbulence and oxygen concentration fluctuations have been measured in a laboratory grid-stirred tank for a range of turbulent Reynolds number RL from 80 to 660. Our observations show that the thickness of the gas boundary layer closely agrees in trend and magnitude with the Lewis-Whitman's film thickness as determined from the bulk concentration change. Furthermore, the functional dependence on turbulent Reynolds number is consistent with a large eddy domination. Additional simultaneous measurements of turbulent velocity and oxygen concentration fluctuations, including direct flux measurements, give further indication that the large scale eddy motions are more effective in the interfacial mass transfer process. On conduit des expériences pour comprendre le mécanisme du transfert interfacial de gaz gouverné par le côté liquide. La turbulence du liquide près de la surface et les fluctuations de concentration en oxygène sont mesurées dans un réservoir agité par une grille pour un domaine de nombre de Reynolds RL entre 80 et 660. On observe que l'épaisseur de la couche limite s'accorde avec celle du film de Whitman déterminée à partir du changement de concentration globale. La dépendance fonctionnelle au nombre de Reynolds turbulent est cohérente avec une grande domination turbulente. Des mesures simultanées additionnelles des fluctuations turbulentes de vitesse et de concentration d'oxygène, incluant des mesures directes de flux, montrent que les mouvements turbulents à grande échelle sont plus efficaces dans le mécanisme de transfert interfacial de masse. Es werden Experimente durchgeführt, mit dem Bestreben, die Einzelheiten der Mechanismen für den Gastransport durch die Grenzfläche zur Flüssigkeit aufzuklären. Oberflächennahe Turbulenzen in der Flüssigkeit und Fluktuationen der Sauerstoffkonzentration wurden in einem Labor-Rührbehälter für einen Bereich der turbulenten Reynolds-Zahl RL von 80–660 gemessen. Unsere Beobachtungen zeigen, daβ die Dicke der Gasgrenzschicht in Richtung und Gröβe streng mit der Lewis/ Whitman-Filmdicke übereinstimmt, die aus der Konzentrationsänderung der Gesamtmasse berechnet wurde. Weiterhin stimmt die funktionale Abhängigkeit von der turbulenten Reynolds-Zahl mit dem Vorherrschen groβer Wirbel überein. Zusätzlich geben gleichzeitige Messungen der turbulenten Geschwindigkeit und der Fluktuationen der Sauerstoffkonzentration (einschlieβlich direkter Strömungsmessungen) weitere Hinweise darauf, daβ groβräumige Wirbelbewegungen den Stofftransport durch die Grenzfläche stärker beeinflussen. Экcпepимeнтaльнo иccлeдyeтcя мeчaнизм пepeнoca гaзa нa гpaницe paздeлa co cтopoны жидкocти. Typбyлeнтнocть жидкocти и кoлeбaния кoнцeнтpaции киcлopoдa y пoвepчнocти измepялиcь в лaбopaтopнoй eмкocти c пepeмeщнвaющимн peщeткaми пpи тypбyлeнтнoм чиcлe Peйнoльдca RL, измeняющeмcя в диaпaзoнe 80–660. Haблюдeния пoкaзывaют, чтo тoлщннa пoгpaничнoгo cлoя гaзa coвпaдaeт пo тeндeнции измeнeнияи вeличинe c тoлщинoй нлeнки Льюиca-yитмэнa, oпpeдeляeмoй пo измeнeния oбьeмнoй кoнцeнтpaции. Haличиe фyнкциoнaльнoй зaвиcимocти oт тypбyлeнтнoгo чиcлa Peйиoльдca yкaзывaeт нa пpeoблaдaннe вичpeй. Дoпoлнитeльныe oднoвpeмeнныe измepeння флyктyaций тypбyлeнтнoй cкopocти н кoнцeнтpaции кнcлopoдa, включaющиe пpямыe измepeния пoтoкa, тaкжe cвидeтeльcтвyют o тoм, чтo кpyпнoмacщтaбныe вичpeвыe двнжeння бoлee эффeктнвны в пpoцecce мaccoпepeнoca нa гpaницe paздeлa.