气泡-液体闭式多股射流的大涡模拟研究

采用气泡-液体两相流动的欧拉-拉氏大涡模拟,研究了矩形通道内多股射流形成的气泡-液体两相湍流流动,得到了气液两相湍流瞬态结构,产生和发展过程。研究结果发现气泡和液体都有瞬态大涡结构,气泡脉动比液体的强。大涡模拟统计结果给出了有无气泡两种情况下的液体湍流脉动速度均方根值分布。瞬态和统计结果都表明,气泡增大了液体湍流,液体湍流来源于其自身的剪切产生和气泡的作用。这与二阶矩模型模拟结果定性一致。     

短时微重力下气泡尾流效应的动力学特性研究

实验研究了微重力环境中,不同热流密度时尾流效应对气泡动力学过程的影响。结果表明,微重力下气泡的尾流效应比常重力时更加明显,低热流密度时尾流对气泡动力学行为影响微弱,中高热流密度时尾流影响效果显著。尾流区内液体的水平流动促进了原生气泡间相互碰撞、合并过程,垂直加热面的流动则给气泡施加了向上的曳力,从而降低了气泡生长周期和脱离半径。尾流区内过冷液体的冷却作用使气泡内形成负压,液体从微柱结构内被吸入气泡底部,为其长大提供新鲜液体,避免局部干斑。尾流效应与微柱结构相互作用,能有效促进加热面的气泡合并和脱离过程,提高表面换热能力。     

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.     

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.     

采用遗传算法对压力脉动过程中气泡模型参数的辨识

流动液体中的压力变化会引起气泡和气穴的产生及破灭,而气泡和气穴又会对液体的流动产生影响及压力变化.为了合理预测流控系统瞬态压力脉动过程中气泡和气穴的体积变化及其对脉动传播过程的影响,基于气泡溶解和析出的物理过程,建立了压力脉动过程中气泡和气穴产生及破灭的数学模型,并提出采用遗传算法对气泡模型中初始气泡体积、气体溶解和析出时间常数进行参数辨识.以一段液压油管路为研究对象,对管路中伴随气泡和气穴的瞬态压力脉动过程进行仿真及实验研究.利用仿真及实验结果,验证了采用遗传算法对气泡模型进行参数辨识的可行性. 关键词： 气泡 气穴 压力脉动 参数辨识     

对流梯形微通道内气液两相流动的数值研究

采用VOF方法,对梯形微通道内不可压缩气液两相流动进行了数值模拟研究,详细分析了气泡形成过程,以及当量直径、截面形状、液体表面张力和粘度等对气泡液柱形成过程和长度的影响,拟合出微通道气泡液柱长度计算公式。结果表明:气泡液柱的长度受表观气速和表观液速的影响较大;表面张力对气泡尺寸的影响较小,当液体粘度增加为水粘度的10倍时,形成的气泡形状不规则。增大表面张力,形成气泡的时间增加;增大粘度,形成气泡的时间减小。     

制冷剂在毛细管内闪发流动的研究

分析了制冷剂在毛细管内的闪发过程,提出了制冷剂液体在毛细管内“综合成核”的机理,并结合气泡成长理论推导出气泡成长的计算公式,建立了制冷剂闪发流动的数学模型。进行了制冷剂闪发流动特性的实验研究,实验结果证实了理论分析是正确的。     

黏性液体中单个气泡上升的形状特性

采用基于Level Set方法的直接数值模拟技术对黏性液体中单个气泡的上升运动进行三维模拟.数值模拟采用拟单相流模型处理气泡内外的气液两相流动,应用Level Set方法捕捉运动气泡的变形.针对Eo数从O(0)～O(2),Mo数从O(-11)～O(2)的流动范围,重点研究了上升气泡的形状特性,并与经典的气泡形状图谱进行了比较.模拟结果表明,上升气泡的形状与无量纲参数(Eo、Mo和Re)密切相关.在高Re的扁椭球区域,数值发现了气泡形状的周期性振荡行为.     

小尺寸矩形槽道内气泡生长及运动特性

通过实验研究了液体流动条件下小尺寸矩形槽道底部由微孔注入的气泡生长及运动特性。结合RCD算法与形心提取算法,有效地跟踪了气泡生长及运动轨迹。实验结果表明:气泡的形成过程可分为生长和涌入两个阶段;随着气体流量的增大,后续小气泡的涌入加强,涌入持续时间更长,气泡形成时间增加,等待时间缩短;槽道中小气泡的堆积现象随气体流量的增大而愈加明显。     

声波在含气泡液体中的线性传播

为了探讨含气泡液体对声波传播的影响, 研究了声波在含气泡液体中的线性传播. 在建立含气泡液体的声学模型时引入气泡含量的影响,建立气泡模型时引用 Keller的气泡振动模型并同时考虑气泡间的声相互作用,得到了经过修正的气泡振动方程. 通过对含气泡液体的声传播方程和气泡振动方程联立并线性化求解,在满足 (ω R₀)/c << 1 的前提下,得到了描述含气泡液体对声波传播的衰减系数和传播速度. 通过数值分析发现,在驱动声场频率一定的情况下,气泡含量的增加及气泡的变小均会导致衰减系数增加和声速减小;气泡的体积分数和大小一定时, 驱动声场频率在远小于气泡谐振频率的情况下,声速会随驱动频率的增加而减小; 气泡间的声相互作用对声波传播速度及含气泡液体衰减系数的影响不明显.最终认为气泡的大小、 数量和驱动声场频率是影响声波在含气泡液体中线性传播的主要因素. 关键词： 含气泡液体 线性声波 声衰减系数 声速     

声波在含气泡液体中传播特性及产热效应*

该文对含气泡液体中的声波方程采用线性分析方法,研究了超声波在含气泡液体中的传播特性以及产热效应。当声波在含气泡液体中传播时,气泡的存在会影响声波的传播,在声波频率接近气泡共振频率的频段内,声信号在液体中传播时剧烈衰减,而在声波频率远远高于或低于气泡共振频率时,声波的传播基本不受影响。在接近气泡共振的频段内,声波耗散的能量最终转化为热能。同时液体中的气泡会在声波驱动下径向振动并辐射声波,伴随气泡壁在液体中的粘滞振动,热量随之产生。结果表明,两种产热机制分别在不同频段起主导作用。     

液体薄层中环链状空化泡云结构稳定性分析

为分析超声空化的薄层液体中稳定的环状气泡链结构,本文考虑气泡间次级声辐射影响,得到了表征气泡间相互作用的气泡基本动力学方程以及次Bjerknes力的表达式,数值分析了气泡平衡半径、声波频率和声压对纯液体区可能出现的单气泡所受的次Bjerknes力,发现环形泡链能够吸引液体区内的新生的半径小于2μm的气泡,这可能是一定条件下环形气泡链能够稳定存在的原因.随着驱动声波压力增加,气泡数密度增加,气泡间的耦合作用增强,液体区内的环形泡链结构可能被液体区内出现的大气泡或者气泡团破坏,进而导致环形结构演变成柱状、雾状乃至整个液体区均充满空化泡的情况发生.通过高速摄影机观察了强声场作用下换能器辐射面外侧液体薄层内空化初生至形成空化云团簇的整个过程,在空化云团簇中发现了局部同步崩溃并形成类纯液体薄层的现象,该液体薄层边界随时间振荡持续约4个声周期后被空化云团簇吞没,局部类纯液体区出现的位置具有随机性.实验观察结果和理论预测具有很好的一致性.     

科学出版社物理类新书推荐

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反气泡的形成与崩溃

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载气蒸发气-液两相流传热特征与过程模拟

本文首先说明了载气蒸发气-液两相流传热特征,并以载气与沸腾液体相接触时液体向载气泡内快速汽化所产生的“界面汽化热阱”说明了其对传热的强化作用;进而建立载气蒸发过程流体流动与传热的数学模型,并进行了模拟计算。     

自由空间内悬挂气泡破碎时的声学特性*

气泡破碎是自然界和工、农业生产中常见的现象。气泡在破碎过程中因气流流动而产生强烈的扰动,导致破碎时产生强烈的气动声学。该文采用实验和理论相结合的方式对自由空间内悬挂气泡破碎时的声学特性进行了研究。研究发现：随着液体表面张力系数的增加,声发射的特征振幅逐渐增大;随着气泡半径的增加,声发射的特征振幅逐渐增大。理论计算结果与实验结果基本吻合。     

集输管路上升管系统严重段塞流实验和理论模拟

严重段塞流的实验研究表明,在气泡进入上升管底部到运动至出口的过程中,上升管中气泡头部以下流型为弹状流型;当气泡头部流出上升管后,上升管中的流型可看作块状流型。根据实验结果,本文提出了采用漂移流模型简化计算上升管中两相流动、上游管道中气体膨胀满足质量守恒,同时考虑上升管内液体动量守恒的严重段塞流计算模型。计算值与测量值比较表明,模型可以正确预测出气体膨胀流动过程,气体流动时间不受入口气液流量的影响。模型可以准确计算出严重段塞流周期、液塞长度和倾斜管中液柱最大长度等参数。     

竖直环形通道内液氮流动沸腾的MUSIG模型分析 第二部分:径向气泡直径和界面面积浓度的预测

由于考虑了气泡的破裂和聚合,同两流体模型相比,MUSIG模型(多尺寸组模型)能更准确地描述流场内气泡直径。采用MUSIG模型详细分析了不同壁面热流量,液体入口速度,过冷度以及不同管道高度时通道内气泡相界面面积、当地气泡直径、空泡系数等参数沿径向的分布。分析结果表明,MUSIG模型可用来预测泡弹状流型转变区的流动参数,也即该模型拓展了两流体模型的使用范围。     

气泡-液体多股射流二阶矩两相湍流模型的模拟

本文采用二阶矩两相湍流模型模拟了气泡－液体闭式多股射流。研究结果显示出预报的两相速度、雷诺应力和气泡体积分数分布的合理性，以及在速度较高和剪切较强的情况下，气泡湍流脉动仍然大于液体湍流脉动，气泡增强液体湍流，气液两相湍流脉动均存在各向异性，而且气泡脉动的各向异性比液体脉动的大等规律。     

低温液体核态流动沸腾传热的机理模型

对核态沸腾表面上的各种传热机理进行了分析和量化,建立了低温液体核态流动沸腾传热的机理模型,并将该模型纳入双流体模型实现了数值求解,数值预测的结果详细地反映出了壁面上各参数随流动的变化情况。该机理模型的计算结果表明,气泡挣脱后液体与过热壁面间的激冷效应是导致壁面上各参数在OSV处突变的根本原因。