本文使用Fick扩散模型对陶瓷坯体的干燥过程进行了模拟，在实际干燥工艺参数数值范围内，分析了热风速度、温度和相对湿度三个因素对陶瓷坯体内部温度、含水率和干燥速率的影响。结果表明，增加热风速度能够加大坯体表面区域的水分散失速率，但对坯体内部含水率变化影响较小；提高温度能够显著增加坯体内部的干燥速率，当温度从35 ℃增加至75 ℃时，最大干燥速率的变化幅度为46.34%；相对湿度对坯体平衡含水率影响较大，当相对湿度从5%增大至85%时，平衡含水率从0.8%增大至5.1%(均为质量分数)，提高相对湿度能够改善坯体干燥均匀性，保证坯体干燥质量。模拟和试验数据基本吻合，计算结果将为进一步深入研究陶瓷坯体干燥的传热传质过程，以及后续干燥曲线的优化提供理论依据。

为研究液压系统工作压力下管路中自由气体的气液传质过程, 解决油液中气泡质量变化的光学测量问题, 推导了高压油液环境下气泡直径测量的恒温及零温度梯度条件, 设计了高压气液传质光学测量系统, 并对该系统的气泡识别与跟踪的关键算法进行研究。根据毕渥数及牛顿冷却定律推导了测量气泡的极限尺寸, 提出以气泡圆度为判定阈值的气泡图元识别算法。最后, 利用相邻帧间气泡中心最小向量的方法实现对气泡圆心的跟踪。实验结果表明: 该系统实现了14 MPa下气液传质的光学测量, 气泡半径测量误差小于4%, 提供了高压油气传质的试验手段, 基本满足液压油路气液两相传质的光学测量要求。

本文采用有限体积法建立了1/72龙鲨Ⅱ号核潜艇的三维计算模型, 结合动参考系、用户自定义函数和物性多项式函数等实现了高速旋转螺旋桨和海水温度密度分层的仿真。基于该模型, 探讨了螺旋桨高速旋转、海水温度密度分层和高温热尾流喷射等因素对潜艇冷热尾流传热传质特性的影响, 所得结论如下: 高速旋转螺旋桨促使热尾流后向延迟距离增大、海表温差减小, 忽略旋转时海表温差的绝对误差和相对误差分别为3.23 mK和52.7%; 水下航行潜艇扰动温度密度分层海水浮升形成冷尾流温差信号, 与温度密度均匀海水相比, 海表温变区域显著增大、尾流温差由6.13 mK增大到84 mK; 通过海表上游冷尾流特征判断是否存在水下航行潜艇, 若存在, 再结合海表下游热尾流特征实现潜艇位置的精确反演。上述结论可为优化潜艇冷热尾流的数值仿真精度提供参考与借鉴。

利用一种自制的湿度调节设备与真空红外光谱仪相结合, 提出了一种研究醋酸镁气溶胶的吸湿性和传质动力学的新方法。 湿度调节装置通过改变纯水汽压力来调节样品室的相对湿度, 这样可以实现湿度以不同的速度发生变化。 与红外光谱手段相结合, 湿度缓慢变化, 让气溶胶时刻处于准稳态过程, 可以研究气溶胶在热力学稳态的吸湿性质。 湿度脉冲式改变, 可以研究气溶胶的动态吸湿性质以及传质动力学过程。 红外光谱的扫描方式随着湿度的改变速度进行调节。 由于实验中的相对湿度由纯水气提供, 因此通过对红外方光谱中纯水气的特征吸收峰面积的定量计算获得与光谱同步的相对湿度值。 研究发现, 当湿度稳定在一个高湿度时, 醋酸根和液态水的峰面积在持续下降。 并且首次发现经过一个准稳态的湿度循环后(1.05×104 s), 在80%RH条件下, 水峰面积由1.5降低至1.1。 通过改变实验方案并对其结果进行对比可知, 在高湿度条件下, 醋酸镁发生水解, 生成的醋酸由于样品室内的负压而挥发, 因此引起气溶胶含水量下降。 采用脉冲发式快速改变样品室的湿度, 一个湿度脉冲循环需要10 s。 计算脉冲循环过程中气溶胶的含水量发现, 在湿度高于70%RH时, 气溶胶含水量没有减少。 但是加湿过程的水传输比去湿过程的水传输快。 这些现象说明醋酸镁的水解速率小于湿度的脉冲改变速率。 在湿度快速变化的过程中, 气溶胶液滴表面难溶物的形成引起水传输发生受阻现象。

设计搭建了可以控制样品室内相对湿度发生脉动式变化的压力控制装置。 将这种装置与真空红外快速扫描技术联用, 采集的时间分辨傅里叶变换红外光谱可以提供在亚秒时间尺度内, 脉动相对湿度的准确数值以及湿度变化过程中气溶胶颗粒的含水量。 分析这些数据可以了解相对湿度脉动变化过程中气溶胶的动态吸湿特性。 选择硝酸钠, 硫酸镁和硝酸镁三种无机盐气溶胶为研究对象, 比较了他们在相对湿度发生脉动变化和准稳态变化条件下的吸湿特性。 结果发现, 实验0.12 s的时间分辨率下不足以观察到水在硝酸钠气溶胶和环境之间的传质受阻过程。 而对于老化的硫酸镁气溶胶颗粒, 胶态的形成减缓了水的扩散速率, 体相传质成为速控步骤。 对于老化的硝酸镁气溶胶颗粒, 由于在颗粒表面难溶物的生成和富集, 使得界面水的传质速率成为气溶胶与环境发生传质的决定性因素。 这证明脉动压力变化装置与快速扫描真空红外联用可以有效便捷地观测区分体相和界面控制的气溶胶传质过程。

在假设雾滴为单液滴球形的基础上，通过建立雾滴的运动与蒸发模型，对热辐射与对流耦合作用下的雾滴运动与蒸发特性进行了研究。研究发现，室外环境条件对雾滴寿命的主要影响因素是环境湿度和雾滴的初始粒径，而辐射和强迫对流的影响基本可以忽略。热辐射会造成雾滴的温度升高，甚至使雾滴的温度高于环境温度。雾滴的温度会呈现先增后降的变化规律。强迫对流对雾滴温度的影响可以忽略。较大的雾滴初始粒径有利于形成弥散雾，但粒径过大会因为自由沉降而缩短寿命，因此存在最佳的初始粒径。

为了获得光滑的腐蚀光纤表面, 本文从光纤腐蚀的传质及动力学特性出发, 设计了一种流动腐蚀光纤装置。采用质量百分比浓度为12.5%的氢氟酸(HF)溶液, 研究了石英光纤的组成成分、腐蚀剂温度和流速对腐蚀速率以及腐蚀后光纤表面形貌的影响。实验结果及理论分析表明: 光纤腐蚀速率和表面粗糙度受化学反应速率和传质速率控制; 由于光纤纤芯与包层成分不同, 导致纤芯腐蚀速率高于包层腐蚀速率; 在静态腐蚀条件下, 腐蚀速率随温度呈非线性增长, 且腐蚀后光纤表面粗糙; 在流动腐蚀条件下, 光纤腐蚀速率提高, 并与温度呈线性关系, 腐蚀后光纤表面粗糙度随流速的增加呈现出先减小后增大的趋势; 在流速为0.75 L/min时, 获得了光滑的腐蚀光纤表面。

本文利用微区拉曼技术, 研究硫酸镁液滴水和重水交换的动力学。在低湿度时, 由接触离子对连接形成的链状结构使硫酸镁液滴表面形成胶态结构, 阻碍其与环境之间的水交换, 造成表面和内部的结构差异。拉曼光谱的高空间分辨能力为观测这一特殊的表面结构提供了便利。沉积在聚四氟乙烯疏水基底上的硫酸镁重水液滴呈球形, 可以实现对液滴表面和中心的两次聚焦, 为研究水从液滴表面逐步扩散到中心的动力学过程提供了可能。同时, 利用拉曼光谱的时间分辨能力, 可以观测硫酸镁微液滴中水和重水的交换过程, 从而揭示传质受阻硫酸镁液滴中水的扩散机制。

针对液-液传质过程,建立了实时激光全息干涉及传质模拟系统;根据不同表面活性剂浓度时,溶质通过油水界面传质的全息干涉图,得到了水相侧近界面浓度随表面活性剂浓度变化的关系曲线,建立了水相侧近界面浓度与油相侧近界面浓度和表面活性剂浓度的关联方程,并对模型参数进行了拟合.