气液传质过程中由于界面与液相主体间的溶质浓度不同会造成物性的变化进而引发界面对流,由密度梯度引发的界面对流称为Rayleigh对流,而由表面张力梯度引发的界面对流称为Marangoni对流。界面对流的出现可以促进近界面附近液体的更新,从而大大增强传质。研究界面对流对强化吸收、精馏等化工单元操作具有重要的实际意义。本文建立了一套激光诱导荧光测量系统及相应的气液传质装置,采用荧光素钠为荧光剂,观察了气液点接触和面接触两种条件下水吸收CO₂过程中的界面对流,同时考察了气相加入乙醇或正丙醇后对吸收过程的影响。实验的结果表明水吸收CO₂过程可分为分子扩散控制和对流传质控制两个阶段。在吸收过程的初期,CO₂吸收量较低,由密度差异引起的重力变化不足以克服液体的粘性力从而引发Rayleigh对流,界面保持稳定,当密度梯度达到临界值后,Rayleigh对流开始发生,表现为典型的羽状结构,此时CO₂的渗透速度大大加快。当乙醇或正丙醇作为气相第三组分加入时,其在局部区域的累积会形成水平方向上的表面张力梯度,进而引发局部Marangoni对流,同时Rayleigh对流也会逐渐形成,实验观察到的对流结构为两者共同作用的结果。由于饱和蒸汽压不同,乙醇和正丙醇在气相中的含量差异较大,导致其局部Marangoni对流强度不同,Rayleigh对流的发生位置有所区别。此外本文采用有效的方法消除了激光诱导荧光技术的测量误差,利用标定及数学处理得到了实时的液相CO₂浓度分布,并做了进一步分析。定量实验的结果表明Rayleigh对流加快了近界面附近流体的运动,使吸收过程逐渐偏离单纯的溶质渗透过程,总吸收量、传质通量和传质系数均有所增加,Rayleigh对流对强化传质具有正面作用。气相乙醇对水吸收CO₂过程的影响在乙醇浓度不同时有相反的表现,总吸收量随气相乙醇含量的增加呈现先增大后减小的趋势,低浓度乙醇会引发局部Marangoni效应,加快界面对流的出现,高浓度乙醇会降低密度梯度从而抑制界面对流。