液体流动条件下毛细管管口气泡动力特性实验

通过对液体流动条件下毛细管管口气泡生长及脱离过程进行可视化实验.分析了毛细管管壁浸润性,液体流速以及气体流量对气泡生长脱离过程的影响.实验结果表明:随着液体流速的增大,液体对气泡的横向剪切力增大,气泡的脱离周期减小,气泡的脱离直径也随着减小.同时,实验还发现随着气体流量的增大,使气泡生长动力增大,气泡的脱离周期减小;另外,实验还揭示出毛细管管壁浸润性的改变,将导致气泡生长过程中气固液三相接触线发生径向迁移.     

顶部浸没管口气泡生成特性实验与数值模拟

利用高速摄像机获得顶部浸没方式下管口处气泡膨胀脱离过程,对比分析了管径、气体流量和管口浸没深度对气泡脱离直径和膨胀脱离时间的影响规律;运用三维流体体积(VOF)模型,模拟研究了气泡膨胀脱离过程中气泡膨胀脱离时间、脱离直径和气泡形态的变化规律,分析了气液湍动能和流场速度的分布变化规律。经过对比,实验结果与模拟结果一致。研究结果发现,气泡膨胀脱离时间随管径的增大而增加;随液体密度的增加而减小;随气体流量增大而降低,但降低速率逐渐减小.气泡脱离直径随气体流量的增加而增加且存在气泡脱离形态变化点;随管口浸没深度和液体密度的增加呈现下降趋势。气泡长短轴比随液体密度增大而增大,而随膨胀脱离时间的增加呈现降低趋势.     

竖直矩形通道内液体流动

通过对沸腾气泡在液体中的受力分析,建立了沸腾气泡长大过程的动力学方程;进而获得了沸腾气泡的生长速率与脱离直径的计算方法.采用图象捕集与处理系统,对竖直矩形通道内液体流动沸腾气泡长大与脱离行为进行实验测定,结合模型求解,获得了气泡生长速率、气泡脱离直径、气泡与加热壁面的接触角等参数随操作条件的变化;由模型计算所得的气泡脱离直径与实测值较为符合.     

滞止流体中毛细管管口气泡生长及脱离的可视化实验

本文采用高速摄影仪对滞止流体中毛细管管口的气泡生长和脱离过程进行了可视化实验研究.实验结果表明:气泡生长脱离过程包括生长初期、快速生长期,缓慢生长末期等三个区域,气-液相界面的接触角随之产生相应的变化.随着毛细管管径的增大,气泡的脱离直径随之增大,生长脱离周期减小;气流量越大,气泡脱离直径越大,生长脱离周期越小;注气室容积变化对气泡的脱离直径影响很小,但随着注气室容积增大,气泡的生长脱离周期增大.     

水中含CO_2静止单气泡溶解特性实验及分析

本文采用气泡嫁接的方法对滞止水中单个静止的CO_2和空气混合气体气泡溶解特性进行了可视化实验,并采用界面非平衡传质理论计算了气泡内初始CO_2体积分数、初始气泡大小对气泡溶解及传递特性和CO_2去除率的影响。结果表明:气泡的溶解及收缩速率和液相传质系数均随着初始CO_2体积分数的增加而增加,且CO_2的去除率在初始CO_2体积分数为20%时达到最大;气泡的初始半径越小,收缩速率和传质系数越大,且CO_2的去除率随着气泡初始CO_2半径的增加而减小。     

气泡雾化喷嘴喷雾平均直径在下游流场中的分布

文利用激光衍射粒度仪对气泡雾化喷嘴下游流场进行了实验研究,主要分析了雾化颗粒直径随径向和轴向距离变化的趋势．由于喷嘴出口处气液两相流型和颗粒自身重量的影响,液雾颗粒沿径向呈现非轴对称分布;而液雾颗粒直径随着轴向距离的增加呈现先减小、后增大的趋势,颗粒直径的减小是大量气泡爆炸的结果,而后的增加则是由于颗粒之间的相互粘结造成的。     

电场对注入气泡和沸腾气泡影响的实验研究

本文主要研究了直流电场对冷态注入氮气气泡和R113沸腾气泡行为的影响.利用高速摄像机拍摄了冷态注入气泡和热态沸腾气泡在不同场强作用下的实验图像,并对气泡的脱离进行了定量分析.实验结果表明:注入氮气气泡和沸腾气泡沿电场方向显著伸长,其脱离长径比随着场强升高而增大,并且电场对沸腾气泡伸长行为的影响更显著.此外,注入气泡和沸腾气泡的脱离体积随着场强增大都具有减小的趋势,而且注入气泡体积随场强减小的行为更明显.     

直接甲醇燃料电池气、液相流动数值模拟

本文建立了直接甲醇燃料电池(DMFC)的二维两相模型,并重点研究阳极的两相流动和质量传递.模型考虑甲醇串流现象,定量计算了在不同电流密度下甲醇串流量的大小及其对电池工作性能的影响;模型中提出求解气、液单相流速的方法,并分别研究气、液流速对物质传递和电池性能的影响.定量分析发现:由甲醇串流产生的寄生电势导致实际开路电压值远低于理论值;在大电流密度下扩散层和催化层内的气相体积分数非常大,阻碍了液相燃料向催化层扩散,成为制约电池性能的关键因素;扩散层和催化层内存在气、液两相的反向流动,且气、液相速度分别有利于排出生成气体并推动液体燃料到达催化层;减小多孔介质的扩散率将削弱对流,恶化电池性能.     

微重力条件下Cu-Zr共晶合金的液固相变研究

采用落管方法实现了液态Cu-10 wt.%Zr亚共晶、Cu-12.27 wt.%Zr共晶和Cu-15 wt.%Zr过共晶合金在微重力无容器条件下的快速共晶与枝晶生长.Cu-12.27 wt.%Zr共晶合金的凝固组织随液滴直径减小由层片规则共晶向不规则共晶转变,且层片间距减小;Cu-10 wt.%Zr亚共晶合金的初生(Cu)相随液滴直径减小由粗大树枝晶向棒状晶转变,且所占体积分数增加,部分区域形成花状凝固组织,(Cu)相枝晶辐射向外生长;Cu-15 wt.%Zr过共晶合金初生相则为金属间化合物Cu_9Zr_2相,呈条状生长,随液滴直径减小冷却速率增大,凝固组织由宏观弯曲生长向球状晶胞转变.理论计算表明,三个合金液固相变枝晶与共晶的生长均由溶质扩散控制.测定Cu-10 wt.%Zr亚共晶合金初生(Cu)相显微硬度随液滴直径减小而增大,三个合金的共晶相随合金初始成分增大而增大.     

竖直矩形窄缝通道过冷流动沸腾的实验研究

本文以去离子水为实验工质,对常压下竖直窄缝通道内过冷流动沸腾的气泡特性进行了实验研究。通过可视化实验分析发现,汽化核心密度主要受壁面过热度影响,气泡脱离直径受壁面过热度、主流过冷度以及质量流速影响。拟合了汽化核心密度和气泡脱离直径的经验关系式,预测结果与实验值误差较小。     

通孔金属泡沫表面的池沸腾实验研究

本文对烧结有厚度为30 mm的高孔隙率通孔铜泡沫的水平表面的池沸腾进行实验研究.并采用高速摄像仪对泡沫表面的汽泡生长形貌进行了可视化研究,研究了壁面过热度对热流密度、汽泡脱离直径、汽泡生长周期的影响关系.结果表明由于本文所研究的通孔泡沫厚度较大,限制了汽泡的脱离,使传热性能低于光表面,但是使沸腾起始点降低至3℃.     

Effect of Bubble Contact Diameter on Bubble Departure Size in Flow Boiling

The growth and departure of bubbles on a vertical heated wall of an annular channel in flow boiling were observed by a high-speed camera, and the bubble contact diameter and bubble departure diameter were measured. It was found that bubble departure diameters were different among different nucleation sites in the same boiling area (same test condition, same surface roughness). Force balance on a single bubble attached to the heated surface was also analyzed to explain this phenomenon. The theoretical research results show that bubble contact diameter has a significant influence on bubble departure diameter, and the corresponding departure diameter is larger as the bubble contact diameter is larger. This agrees with the visual experimental results.     

核态沸腾中汽泡动力学及传热机理分析

汽泡的传热及生长特性研究对于揭示核态沸腾的机理具有重要作用。本文介绍了利用高速摄像技术对核态沸腾中汽泡生长及运动现象进行实验观测,并用高速数据采集系统记录汽泡一个生长周期不同阶段的热流密度的方法。在不同的过冷度及壁面温度条件下,观测了汽泡的生长、周期性滑移、颈化和脱离现象。计算并绘制出不同条件下一个汽泡生长周期内的热流密度曲线,与汽泡图片相对应,分析并讨论了造成这些现象的机理。     

纳米颗粒悬浮在加热铂丝上的过冷沸腾

本文对加热铂丝上25 nm SiO2颗粒与水悬浮液的过冷沸腾进行实验观察,纯水和纳米颗粒悬浮液的沸腾过程基本相同,但低热流密度下纳米颗粒悬浮液中的气泡重叠(或气泡团聚体)现象非常普遍。在实验观察基础上分析了气泡重叠(或气泡团聚体)成因,纳米颗粒在气泡表面的吸附和浓聚增大了气泡间吸引力和气泡质量,最终导致气泡重叠(或气泡团聚体)的形成。     

池沸腾中气泡生长过程的格子Boltzmann方法模拟

在通过引入精确差分方法的单组分多相格子Boltzmann模型的基础上耦合能量方程,并考虑流体与固壁间的相互作用力来调节气泡与固壁间的接触角,从而建立了一种新的描述气液相变的格子Boltzmann理论模型. 为验证该模型的正确性,利用其对工质为水的相变过程进行了模拟,发现模拟结果与实验值符合良好;进而利用其验证Laplace定律,发现计算所得的水的表面张力与实验值甚为符合. 为考察该模型处理复杂相变问题的能力,利用其对工质为水的池沸腾中的气泡生长过程进行模拟,发现气泡脱离直径与g^{-0 关键词： 格子Boltzmann方法 池沸腾 气泡生长过程 接触角}     

枝晶生长和气泡形成的数值模拟

本文建立了二维的格子玻尔兹曼方法-元胞自动机(lattice Boltzmann method-cellular automaton, LBM-CA)耦合模型, 对凝固过程中枝晶生长和气泡形成进行模拟研究. 本模型采用CA方法模拟枝晶的生长, 根据界面溶质平衡法计算枝晶生长的驱动力. 采用基于Shan-Chen多相流的LBM模拟气泡在液相中的生长和运动. 在LBM-CA的耦合模型中包含了固-液-气三相之间的相互作用. 应用Laplace定理和模拟气-液-固三相之间的润湿现象对模型进行了验证. 应用所建立的LBM-CA耦合模型模拟研究了气-液相互作用系数对单气泡生长的影响. 发现单气泡的生长速度和平衡半径随气-液相互作用系数的增大而增大. 定向凝固过程中枝晶和气泡生长的模拟结果再现了枝晶的择优生长、 气泡的优先形核位置、气泡的长大、合并、在枝晶间受挤变形以及在液相通道中的运动等物理现象, 与实验结果符合良好. 此外, 初始气体含量越高, 凝固结束时气泡的体积分数也相对较高. 本模型的模拟结果可以揭示在凝固过程中气泡形核、 生长和运动演化以及与枝晶生长相互作用的物理机理.     

过热液体中蒸汽泡上升过程的格子Boltzmann三维数值模拟

应用格子Boltzmann相变模型,在三维空间研究蒸汽泡在过热液体中生长、上升和变形等动力学行为.为研究传热传质对蒸汽泡运动的影响,对比模拟相同条件下气泡在等温环境中上升的物理过程.结果表明：蒸汽泡在过热液体中上升发生的变形程度较小,意味着相变对蒸汽泡的影响和表面张力一样使汽泡保持初始的形状.蒸汽泡在过热液体中的上升速度较小,说明随着汽泡生长拖拽力的影响比浮力大.蒸汽泡生长率在初始阶段达到最大值,随后会趋于一个恒定的值.随着汽泡体积增大和上升速度的增加,其对流场的扰动也越来越剧烈.蒸汽泡生长和上升引起的对流运动对温度场的演化造成很大的影响.     

快速降压下过热液中汽泡的生长

1前言定压力场下过热液体中汽泡生长已得到深入研究[1-3]。近年来，变压力场下过热液体中汽泡生长问题，引起研究者重视。文献[4-7]研究表明降压对汽泡生长起着重要作用。从理论上看快速降压过程中蒸汽密度随时间变化较大，准确考虑十分困难；过热液处于热力学亚稳平衡状态，因此需用外推法确定物性数据。从实验研究看在快速降压过程中保证时间和空间上同时准确观察汽泡生长，实验技术实施上有一定难度。因此无论从理论上还是实验上对变压场下过热液中汽泡生长研究有待进一步深入。2汽泡生长模型汽泡生长过程中汽液两相化学势差在相变中起着…