在相际传质过程中,相界面处的浓度梯度会产生密度梯度或表面张力梯度,若上述梯度导致界面失稳则会引发界面处的自然对流。其中,由密度梯度引发的界面对流现象被称为Rayleigh效应,由表面张力梯度引发的界面对流现象被称为Marangoni效应。界面对流的产生能够大大提高传质效率,因此研究界面对流现象对强化吸收、精馏、反应等化工单元操作具有重要意义。本文建立了一种用于研究界面对流现象的实验定量观测技术——粒子成像测速(PIV)和激光诱导荧光(LIF)的联用技术,同步获得了传质过程中的液相速度场和浓度分布,定量分析了界面对流的发展过程及其引起的液相湍动程度和传质增强效果,通过实验研究获得了对界面对流传质过程中动量传递与质量传递间相互作用关系的全新认识。研究表明伴随Rayleigh效应的传质特性表现为近界面涡旋流动驱动下的对流传质,其中涡量是影响传质速率的主要因素。通过实验关联建立了传质系数与涡量之间的定量关系,进而为通过速度场测量估算Rayleigh对流条件下的传质系数提供了一种简单有效的方法。对Rayleigh对流传质过程的测量和分析表明对流的发生显著提高了由传质和黏性耗散引起的过程不可逆程度,而随着Rayleigh数的减小,过程的不可逆程度随之降低,伴随着更小的能量损失。该过程的不可逆性主要来自于传质过程,流体内部的非平衡区域主要分布于近界面处和高浓度指状流边缘。最后,分别研究了两种界面对流条件下,不同的液相主体流速对对流传质过程的影响。在低液相主体流速下,溶质在Rayleigh效应作用下下沉从而形成高浓度三角区域,对流传质过程由Rayleigh效应控制而非液相主体流动控制,此条件下的Sherwood数与Reynolds数呈负相关关系。而在Marangoni效应发生的对流传质过程中,可观测到带状对流结构,传质过程仍由液相主体流动控制,Sherwood数与Reynolds数呈正相关关系。