三探头单纤光导探针测量二维气泡速度的实验研究

1前言气液两相流广泛存在于动力、化工等工业过程中，到目前为止，人们已开发了大量的实验测定方法，用于研究气液两相流空泡份额等。但是对气泡速度的测量研究并不多，主要原因在于气泡速度测量的困难性。近几年人们尝试使用激光多普勒测速技术、颗粒轨迹测速技术等测量气泡速度，这些测量方法不仅系统复杂，而且还有相应的限制条件，适用范围有限。利用相关测速技术可以测量一维气泡速度，其原理是：设距离为L的上、下游两个测点的传感器在时间间隔T内测得的随机气泡信号为X（t）和Y（t），而且X（t）和Y（t）为平稳和各态遍历，则相关…     

SMBR内流体力学特性实验和数值模拟研究

本文基于粒子图像测速(PIV)技术,在不同的曝气强度下对膜面附近的流体力学特性进行了实验研究,结果表明:在一定范围内增加曝气强度可以使得膜面液相速度增加,并应用Euler多相流模型和多孔介质模型耦合对实验结果进行验证。同时本文将气泡羽流的概念应用于SMBR内复杂气液两相流场的研究,并应用气泡羽流分区研究反应器轴向液相速度的变化趋势:液相速度在羽流形成区呈现出先明显增加,而后在羽流形成后区相对较稳定增加,到达表面流区液相速度有所降低,而且极不稳定.结果表明模拟结果与实验结论具有很好的吻合性。     

凝固前沿和气泡相互作用的大密度比格子玻尔兹曼方法模拟

建立了二维双组分两相流的大密度比格子玻尔兹曼方法 (lattice Boltzmann method, LBM)模型. 该模型基于改进的Shan-Chen伪势多相流LBM模型, 结合采用不同时间步长的方法, 实现密度比达800以上的气液两相流模拟. 为了对模型进行验证, 模拟了在不同气液相互作用系数和密度比条件下气泡内外压力差与其半径之间的关系, 其结果满足Laplace定律. 将所建立的大密度比LBM与介观尺度的元胞自动机(cellular automaton, CA)和有限差分法(FDM)相耦合, 用LBM模拟气液两相流, 用CA方法模拟固相生长, 用有限差分法模拟温度场, 采用LBM-CA-FDM耦合模型对定向凝固过程中凝固前沿的气泡与液-固界面之间的相互作用进行模拟研究. 结果表明, 绝热气泡的存在影响了温度场分布, 使得凝固前沿接近气泡时, 液-固界面凸起, 在不同的固相生长速度条件下, 出现凝固前沿淹没气泡或气泡脱离凝固前沿的不同情况, 模拟结果与实验结果符合良好. 关键词： 格子玻尔兹曼方法 元胞自动机 凝固 气泡     

两个等径蛋白质气泡在Bingham流体中振动特性

利用黏弹性膜构成的蛋白质气泡有限变形方程,并考虑一个气泡在Bingham流体中振动产生的Bjerknes力对另一个气泡振动特性的影响,建立了两个等径蛋白质气泡在Bingham流体中振动的非线性方程.利用数值计算方法求解该方程,结果表明,增加Bingham流体的塑性黏度,蛋白质气泡振幅衰减速度加快,振动周期增加,频率减小;当两个气泡间的距离减小时,气泡振动频率会增加,振幅衰减速度加快;初始半径小的气泡振动频率高,振幅衰减快,而且振动的频率和振幅衰减的速率越大;与单个气泡相比,两个蛋白质气泡在Bingham流体中振动时,振动具有更高的振动频率,而且振幅衰减速度更快.     

利用声衰减反演气泡群分布的方法研究

通过测量含气泡水的声衰减反演气泡群参数是获取水中气泡分布的重要方法,但是经典方法忽略了较高浓度气泡水中的强频散特性和气泡振动参数的改变,导致反演较高浓度气泡群分布时会产生巨大误差.为解决这个问题,本文基于等效媒质理论建立起了声衰减和相速度的联系,并考虑了含气泡水平均量对气泡阻尼系数和共振频率的影响.在此基础上,通过将反演气泡分布和修正相速度及气泡振动参数交替迭代的方法,有效地消除了高浓度气泡水中由频散和气泡振动特性改变引起的误差.与实验数据对比发现,气泡群孔隙率达到10^-5时,考虑含气泡水的频散特性会显著降低反演误差;而当气泡群孔隙率达到10^-3时,气泡阻尼系数和共振频率的修正会对反演结果变得重要.本文方法在反演孔隙率为10^-3-10^-2的高浓度气泡群时,仍有较好效果,这可为获取水下较高浓度气泡群分布提供方法借鉴.     

复杂微通道内气泡在浮力作用下上升行为的格子Boltzmann方法模拟

本文采用气-液两相流格子Boltzmann方法模拟了复杂微通道内气泡在浮力作用下的上升过程,主要研究障碍物表面润湿性、浮力大小、障碍物尺寸和气泡初始位置对气泡变形、分裂、合并的动力学行为以及对气泡上升速度、终端速度和气泡剩余质量的运动特性的影响.研究发现,障碍物表面接触角较小时气泡能够完整地通过障碍物通道,随着障碍物表面接触角增加,气泡通过障碍物通道时严重变形,并会发生分裂行为,使得部分气泡黏附在障碍物表面,从而导致气泡到达终端时质量减少.相应地,气泡上升速度以及终端速度也随着微通道表面接触角的增加而减小.另一方面,随着浮力的增加,气泡在上升过程中更容易发生分裂和合并现象,且气泡剩余质量和终端速度随着浮力的增加呈对数形式增加.此外,随着微通道障碍物半径增加,气泡剩余质量首先缓慢减小然后快速减小,而气泡终端速度近似呈线性减小.最后,数值结果还表明当气泡初始位置偏离管道中间时,其上升速度、气泡剩余质量以及气泡终端速度都与初始位置在管道中间时的变化趋势一致,然而对应的数值均减小,且气泡在上升过程中变形更严重.     

水中浮升气泡的半径和速度变化

根据牛顿运动定律推导了小气泡在水中浮升过程中的速度和位置坐标的表达式;基于理想气体物态方程和球形液面的压强差公式推导了小气泡在水中浮升过程中的半径变化率;考虑小气泡在水中浮升过程的气泡半径和速度的变化,用计算机模拟了不同初始条件下的气泡群在浮升过程中半径和位置随时间的变化规律.     

单压吸收式制冷系统气泡泵理论模型与验证

应用两相流理论,对单压吸收式制冷系统中气泡泵在绝热块状流工况下的工作特性进行理论分析,建立了气泡泵的理论模型,并对以饱和水为工质的气泡泵稳态工作运行进行了实验研究。分析结果表明,气泡泵提升管内的两相流流型与加热功率和沉浸比有关,随着加热功率或沉浸比的增加,提升管中两相流流型将发生改变,气泡泵提升效率先增大后减小,实验结果与理论分析曲线逐渐偏离。     

气泡在液态金属搅拌流场中运动与变形的影响因素分析

用"准三维"数值模拟方法研究吹气发泡法制备泡沫铝的过程中,单个气泡在铝熔液搅拌流场中的运动与变形.液体流场采用多重参考系法进行三维模拟,对气泡运动的二维模拟则在三维流场中的一个通过搅拌轴的特征平面上进行.这样既能捕获气泡在搅拌流场中运动的基本特征,又能大大降低计算成本.应用VOF方法对气液两相之间的界面进行追踪.通过改变过程中的转速,气泡初始速度、位置和尺寸.以及表面张力和液体粘度,分析了这些因素对于气泡运动与变形的影响.     

水平管中段塞流的发展特性

气液两相段塞流是液塞和长气泡在空间和时间上的交替,在流动过程中表现出发展特性.本文对段塞流单元中的液塞、长气泡的速度和长度以及长气泡的合并沿流动方向的特性进行了分析.结果表明:液塞速度分布符合正态分布,液塞与长气泡的平均速度在同一点是相等的,它们随离管道入口距离的增加而缓慢增加.液塞长度分布符合对数正态分布,液塞的平均长度基本保持不变,而长气泡的平均长度则增加.长气泡长度增加是因为气体膨胀的结果,气泡的合并率由液相折算速度和离管道入口的距离决定.