本文提出了一种新的液膜类型-受限自由膜，采用CFD模拟与实验相结合的方法系统研究了受限自由膜流动及传递特性，并探讨了自由面附近涡量与组分输运间的关系。以受限自由膜为强化基础，开发一种新型垂直板规整填料用于高浓（黏）度DEA溶液吸收CO2，采用狭通道模型对填料塔液泛机理进行了探讨。主要工作有以下三方面:　　(1)受限自由膜与附壁膜流动及传质特性研究　　采用数值模拟方法系统考察了两类液膜流动过程中膜厚、流速、涡量及波动行为沿流动及膜厚方向演变规律，并在此基础上探讨了自由面附近传质机理。液膜流动模拟结果表明:膜内存在两种结构的涡:界面涡与壁面涡。液膜自壁面区进入开窗区时，在流动方向上不稳定性增加，膜厚降至原来的1/2～2/3，流速变为原来的1.7～2.0倍。下壁面能有效强化液膜曲波及膨胀波行为，而开窗区能显著促进下壁面区液膜波动。在液膜传质模拟部分提出采用相关系数RQc量化表征自由面附近涡量与浓度相关程度。模拟结果显示两类液膜自由面附近涡量与浓度均高度相关，表明涡量能够有效促进传质，采用Ωici可有效表征自由面传质过程。此外，开窗区及下壁面区局部液相传质系数（KL）较上壁面区均有明显提高，采用受限自由膜能够有效促进液膜传质。　　在数值模拟基础上，提出了一种自由膜和附壁膜交替共存的开窗结构用于降膜吸收传质过程的强化，采用质量分数为5％～63％，相应黏度为1.1～25.3mPa.s的二乙醇胺(DEA)溶液吸收不同浓度CO2的实验，发现单一固体壁面随吸收液质量分数提高，吸收效率有所增加，在吸收液质量分数达40％存在最大吸收效率，进一步增加吸收液浓度，效率显著下降。两种壁面结构吸收比较表明，开窗结构性能优异，传质系数较普通壁面至少可提高30％～40％。此外，采用液膜流动测定及CO2吸收实验较为系统地考察了受限自由膜特例-丝网液膜流动及传质特性。　　(2)填料塔内气液两相流动行为-泛点研究　　采用狭通道液泛理论模型进行填料塔内液泛研究。以两种波纹填料及一种新型垂直板规整填料为研究对象考察填料塔内液泛，将实验测得的泛点气液速度与单通道液泛模型预测值进行比较，发现Wallis模型能够较好地预测波纹填料液泛特性，与实验值平均相对偏差仅为-10.06％;而Drosos模型能够较好地预测垂直板规整填料液泛点，与实验值平均相对偏差仅为-4.09％。此外，为进一步探讨填料塔内液泛产生及传播机理，采用数值模拟方法进行了液泛触发及传播过程的分析。　　(3)基于自由膜概念的新型规整填料开发及其性能研究　　采用计算机辅助设计与实验相结合的方法开发了一种新型垂直板规整填料，并在不同物系下对其性能进行系统考查。氧解吸实验结果表明，垂直板填料的操作压降及传质性能均显著优于商业波纹填料及几种经改进的250型波纹填料，且随着溶液黏度增加，传质性能优势更加明显。不同浓度DEA溶液吸收CO2实验表明，DEA溶液最优吸收浓度为40％(w/w)，新填料开窗结构可使传质提高6.4％～28.6％，进一步观察发现填料开窗结构还有助于降低压降。