不同管口浸没方式下气泡生成行为特性

对三种管口浸没方式下气泡生成行为过程进行可视化实验和三维数值模拟。对比分析了管口浸没方式、管口直径、气体流量等因素对气泡生成形态、气泡脱离直径、气泡膨胀脱离时间以及气液流场速度的影响。实验与数值模拟取得较为一致的结果。研究发现,气泡生成过程可分为单气泡生成和双气泡生成聚并两种模式,两者之间存在明显的气泡脱离形态转折点;三种管口浸没方式下,气泡脱离直径均随着管径和气体流量的增大而增大;气泡膨胀脱离时间随管径的增大而增加,而随气体流量的增加先急剧下降然后趋于平缓;在底吹和侧吹方式下,气泡长短轴比C值分别在0.75和1.1附近波动,其最终脱离形式均接近于球形;而顶吹方式下,C值在1.5附近波动,气泡脱离形态为椭球形。     

顶部浸没竖直向下平口管口气泡膨胀脱离特性

利用高速摄像机拍摄顶部浸没竖直向下管口气泡膨胀及脱离演变过程,对比分析管径、平均气速对气泡尺寸、形成时间的影响规律。引入泡龄k表征管口气泡位置特性,用椭球形气泡长短轴比L表征气泡形状特征。研究发现,气泡生成机理有间歇生成气泡、含抽吸间歇生成气泡和连续生成气泡3种;气泡脱离直径随平均气速变化过程明显存在气泡脱离形态转变点;气泡膨胀脱离模式随平均气速变化分为单个气泡形成、气泡聚并形成两种。平均气速为3.1 m·s^-1时管口处存在抽吸现象,此时最大泡龄k_max最小;脱离阶段气泡长短轴比L随脱离时间变化过程明显存在时间分界点。在分界点前,L值在2.0附近波动,气泡主要以椭球形存在。分界点后,L值明显增加,气泡形状向扁椭球体发展。     

顶部浸没竖直向下平口管口气泡膨胀脱离特性

利用高速摄像机拍摄顶部浸没竖直向下管口气泡膨胀及脱离演变过程,对比分析管径、平均气速对气泡尺寸、形成时间的影响规律。引入泡龄k表征管口气泡位置特性,用椭球形气泡长短轴比L表征气泡形状特征。研究发现,气泡生成机理有间歇生成气泡、含抽吸间歇生成气泡和连续生成气泡3种;气泡脱离直径随平均气速变化过程明显存在气泡脱离形态转变点;气泡膨胀脱离模式随平均气速变化分为单个气泡形成、气泡聚并形成两种。平均气速为3.1 m·s-1时管口处存在抽吸现象,此时最大泡龄kmax最小;脱离阶段气泡长短轴比L随脱离时间变化过程明显存在时间分界点。在分界点前,L值在2.0附近波动,气泡主要以椭球形存在。分界点后,L值明显增加,气泡形状向扁椭球体发展。     

气泡在颗粒床层表面的生成脱离行为

试验研究了气泡在颗粒床层表面的生成脱离过程及其行为特性,利用高速摄像技术揭示了进气管管径、颗粒床层高度、颗粒粒径等因素对气泡脱离直径及其生成周期的影响规律,对比分析了颗粒床层表面和进气管管口的气泡生成脱离行为差异。研究结果表明：在1500～3000μm粒径范围的床层表面所生成气泡的初始形态相对更扁小,气泡也更快向扁平状演变;颗粒粒径的增大使得进气流量对气泡形态的影响减弱;管径和颗粒床层高度的增大可以有效促进气泡脱离直径的增长,但延缓了气泡的生成脱离,增加了气泡的生成周期;颗粒粒径对气泡生成周期的影响随着进气流量的增大而逐渐减弱;气泡在颗粒床层表面和管口的生成脱离行为存在显著差异,相比之下,150～300μm粒径范围的颗粒床层对气泡的生成脱离具有更明显的阻碍作用,其表面所生成气泡的脱离直径和生成周期相对较大。     

低温输运管道预冷过程的气液两相数值分析

低温流体在输运管道中预冷时会出现复杂的气液两相流现象。本研究的数值仿真主要针对液氮在管道内沸腾过程中的传热特性、气泡的生成规律、临界热通量等进行分析。通过改变管道直径、入口液氮流量,讨论了不同时刻计算域内部的温度、热通量以及两相分布规律,最终得到研究范围内的临界热通量（CHF）特性。研究发现,流体温度突变时间随着管径的减小而提前,随着流量的增大而后延;壁面温度变化幅度随着管径的增大而增大;CHF值随着管径的减小而增加,随着入口流量的增加而减小。     

Experimental investigation on bubbling behavior in anode channel of passive DMFC

将被动式DMFC阳极通道内气泡形成过程简化为CO₂气体注入充满静态甲醇溶液中形成气泡的过程。利用可视化实验研究了气体垂直注入静态甲醇溶液中形成气泡以及气泡脱离的过程,考察了气体流量、液层高度、孔径大小、甲醇浓度对气泡形成及长大脱离过程的影响。结果表明：在气泡的生长过程中,接触角先是快速下降后又迅速上升,然后趋于稳定值直到脱离。随着气体流量的增加,脱离时气泡的直径变化甚微,脱离时间先下降较快后趋于稳定。随着液层高度的增加,气泡的脱离直径变小,产生的频率加快,脱离时间先是减小后趋于稳定;气体流量在此条件下对脱离时间的影响减弱。随着孔径的增加,气泡的脱离直径增加,产生气泡的频率减慢,气泡的脱离时间减小。随着甲醇浓度的增加,气泡的脱离直径变小且波动明显,气泡产生的频率变快,脱离时间先是减小后趋于稳定,对低浓度的溶液影响较为明显。     

液体通流微小槽道内气泡动力学行为模拟

采用VOF方法,对液体通流微小通道内壁面逸出气泡的形成、生长及脱离运动进行了数值模拟,并讨论了壁面浸润性、液体流速、气体流速对气泡动力学行为的影响.结果表明:气泡生长壁面亲水性增强有利于其从壁面脱离;气泡生长壁面气相覆盖率随壁面接触角的增大而增大;流动阻力因子随壁面接触角的增大而减小.较高的液体流速会导致气泡的脱离时间...     

气体进入挤出机中熔体时气熔界面形态的分析

气体经单个喷嘴进入挤出机中熔体时所形成的气熔界面其形态有环状、团环状和团状三种，最常见的是团状。界面形态变化的过程分为球形膨胀、尾部颈缩和尾部收缩三个阶段。界面形态与进气压力、进气量、进气位置、流场情况有关，气泡的直径、长度和体积随进气压力的提高而增大，随螺杆转速的升高而减小。气泡脱离喷嘴的时间承受随进气压力和螺杆转速的升高而减小。实验分析表明，界面形态的变化直接影响发泡制品的质量。     

喷淋散射塔鼓泡区域的气液两相流动特性

为了探究喷淋散射脱硫塔鼓泡区域的气液两相流动特性,搭建了鼓泡塔实验台,在不同表观气速和气体分布器浸没深度的条件下进行了实验。实验结果表明:气体分布器表面形成的气泡直径约12 mm;气泡溢出液面时有小气泡形成,并随着返混的液相运动,且液相的返混剧烈程度与表观气速和气体分布器浸没深度正相关;液相在散射管管壁和鼓泡池壁面间形成大尺度循环;随着表观气速增大,气泡直径和气泡运动速度均增大,使得气含率增大,气液两相湍动加剧;随着气体分布器浸没深度增大,鼓泡床床层气含率降低,表观气速对气含率的影响效果减弱。实验结果对喷淋散射脱硫塔的设计和运行有一定参考价值。     

激光成像技术在气泡生成行为研究中的应用

针对液相中单喷嘴的气泡生成过程,采用激光成像技术结合电荷耦合器件(Charge Coupling Device, CCD)摄像机照相方法研究了甘油水溶液中的气泡生成行为,结果表明该法能够获得清晰的二维气泡放大图像. 考察了溶液浓度、气室体积、喷嘴直径和气体流量对气泡分离体积的影响,发现气泡分离体积分别随着溶液浓度和气室体积的增大而增大;在所研究的喷嘴直径(1, 1.5和2 mm)范围内,气泡分离体积随着喷嘴直径的增大而减小;气体流量对气泡分离体积的影响与喷嘴直径有关,当喷嘴直径为1和1.5 mm时,气泡分离体积随着气体流量的升高而增大,但当喷嘴直径为2 mm时,气泡分离体积随着气体流量的升高先减小后增大.     

气浮接触区气泡聚并行为的数值模拟

在气浮接触区内,聚并会导致气泡直径增大,对分离效果产生影响。采用相群平衡模型对接触区气泡聚并行为进行数值模拟,研究了气泡聚并发生的原因及来液流量、回流流量对气泡聚并的影响。首先分别应用Schiller-Naumann、Grace和Tomiyama 3种曳力系数模型进行模拟,所得气泡直径均与实验值吻合,无明显差异,选定Schiller-Naumann曳力系数模型对气浮中两相流动进行模拟。通过对模拟结果进行分析,表明回流入口周围上下行流过渡区域存在较大速度梯度,是导致气泡聚并的关键因素。最后研究了来液流量和回流流量对接触区气泡尺寸的影响,接触区上部气泡直径随回流流量增大而明显增大,原因在于增大回流流量使得过渡区域速度梯度升高,气泡聚并频率提高;而来液流量对气泡尺寸基本无影响。     

气浮接触区气泡聚并行为的数值模拟

在气浮接触区内,聚并会导致气泡直径增大,对分离效果产生影响。采用相群平衡模型对接触区气泡聚并行为进行数值模拟,研究了气泡聚并发生的原因及来液流量、回流流量对气泡聚并的影响。首先分别应用Schiller-Naumann、Grace和Tomiyama3种曳力系数模型进行模拟,所得气泡直径均与实验值吻合,无明显差异,选定Schiller-Naumann曳力系数模型对气浮中两相流动进行模拟。通过对模拟结果进行分析,表明回流入口周围上下行流过渡区域存在较大速度梯度,是导致气泡聚并的关键因素。最后研究了来液流量和回流流量对接触区气泡尺寸的影响,接触区上部气泡直径随回流流量增大而明显增大,原因在于增大回流流量使得过渡区域速度梯度升高,气泡聚并频率提高;而来液流量对气泡尺寸基本无影响。     

超声场中鼓泡塔内气泡直径分布特征研究

利用自主研发的超声鼓泡塔和双电导探针气泡特征参数测量仪测定了不同频率组合下超声场辐射对鼓泡塔内气泡Sauter直径随表观气速和鼓泡塔径向及轴向位置的分布情况。实验结果表明,在距气体分布板轴向距离250 mm、塔中心处气泡Sauter直径由于超声作用而显著减小,最大减幅达55%;在超声场作用下随着表观气速增大,气泡Sauter直径呈增大趋势,当表观气速大于0.06 m/s时,气泡Sauter直径趋于不变;大气泡在塔中心区域聚集倾向明显,小气泡分布在塔壁面附近,气泡Sauter直径(在径向位置)呈现中心峰分布趋势;随着距气体分布板轴向距离增加,气泡Sauter直径增大,在多频混响声场中,气泡Sauter直径增速小于单频声场中增速,即在多频混响超声场中易形成小气泡。实验结果证实,超声场有利于减小气泡体积,增大气泡比表面积,这对于加强气液相间传质、提高传质效果会有显著作用。     

气泡细化过程中气含率的实验研究

应用压差法测定局部气含率,用膨胀法测定平均气含率.分别讨论了中心和偏心搅拌模式下气体流量、搅拌转速等因素对局部气含率和平均气含率的影响,以及局部气含率沿径向的变化规律.结果表明,中心双向搅拌和偏心单向搅拌均可显著提高气含率,且后者更有效;在筒内壁附近的气含率无论何种搅拌方式均随着气体流量的增大而增大;中心搅拌下的气含率随着径向距离的增大而下降,但偏心搅拌则在不同的位置气含率沿径向的变化表现出不同的变化趋势:平均气含率无论中心和偏心搅拌均随流量增加,但随转速的增加中心搅拌模式下气含率变小而偏心搅拌模式下的则增大.     

圆管气辅挤出中挤出胀大模拟研究

针对圆管型气辅挤出工艺,建立模拟分析几何模型,选用PTT黏弹性本构方程,采用Polyflow有限元仿真软件模拟研究不同挤出流量、管径、壁厚及气辅段长度时挤出制品的挤出胀大。结果表明,传统挤出时挤出胀大比随挤出流量的增加而大幅增大,气辅挤出时挤出胀大比随其提高而增长甚微,其值始终接近1,可忽略不计;气辅挤出时挤出胀大比随管径增大而微弱增加,随壁厚增大而微弱减小,且都可得到基本消除;挤出胀大随气辅段长度增长而减小,最终趋于1。     

紫铜纤维毡水平表面的池沸腾换热性能

研究了浸没在去离子水中不同孔隙率和不同纤维直径的烧结紫铜纤维毡水平表面的池沸腾换热性能,采用高速摄像机对试件表面气泡的生长和脱离过程进行可视化研究。结果表明：纤维直径相同时,沸腾表面气泡的脱离直径随着孔隙率的增加而降低;对于不同直径的纤维毡试件,沸腾传热系数随孔隙率的变化规律不同,孔隙率对沸腾换热的影响是汽化核心密度和中流量孔径共同作用的结果。     

T型微通道内浆料体系中气泡生成行为与尺寸预测

实验研究了T型微通道内浆料中气泡的生成过程和尺寸。聚丙乙烯微球浆料和N₂分别为连续相和分散相。气泡的生成过程可分为三个阶段：膨胀阶段、挤压阶段和快速夹断阶段。随着浆料浓度的增大,膨胀阶段时长几乎没有变化,挤压阶段显著缩短,而快速夹断阶段略有缩短。在膨胀阶段和快速夹断阶段,气泡颈部宽度与无量纲剩余时间均呈幂率关系,而挤压阶段气泡颈部宽度与时间呈线性关系。考察了浆料浓度、气相和浆料流量对气泡生成尺寸的影响。结果表明气泡尺寸随气相流量的增大而增大,随液相流量和浆料浓度的增大而减小。     

微通道内催化表面气泡生长及脱离的可视化实验

采用聚二甲基硅氧烷材料(PDMS)制备矩形截面的微通道,并在微通道壁面上沉积MnO₂作为催化剂,采用高速摄影仪对通流过程中过氧化氢催化分解生成氧气气泡的过程进行了可视化实验研究,分析了反应物的浓度和流量对气泡生长速度及脱离直径的影响.结果表明:气泡在微通道内催化表面的生长及脱离过程呈周期性变化的趋势;气泡生长可以分为快速生长和缓慢生长两个阶段,当t<3 s时气泡处于快速生长阶段,催化反应主要受动力学控制,当t≥3 s时扩散控制占主要地位,气泡生长速度随反应物浓度的升高而增大;气泡脱离直径受反应物浓度影响较小,受反应物流量影响较大,而且随液相反应物Reynolds数的增大线性降低.     

吹气发泡法制备闭孔泡沫铝发泡过程的三维数值模拟

吹气发泡法制备闭孔泡沫铝的过程实质上是搅拌流场中复杂的两相流动过程,应用计算流体力学方法分析由倾斜轴倾斜叶片引起的发泡熔池内气液两相强旋湍流流动过程. 在双流体模型基础上引入多重参考系法描述搅拌两相流场,通过分析相间相互作用及湍流模型进行封闭. 解气泡数密度函数的输运方程来分析气泡聚合和破碎引起的气泡尺寸变化. 应用体积积分的方法,计算平均及局部气含率及气泡直径. 考察了桨叶转速及气体流率对气泡直径及其分布的影响. 结果显示,气含率随桨叶转速和气体流率增加而增大;气泡直径随气体流率增加而增大,随桨叶转速增大而减小.     

二甲苯鼓泡吸收及模型研究

针对工业中一些尾气中二甲苯的回收,用二甲苯液体对其进行吸收,利于环保。通过建立鼓泡模型,给出了在不同管径下,气泡形状因子,最大气泡直径,鼓泡频率,最大上升高度等的变化规律。研究表明：气泡的形状因子随喷嘴内径和雷诺数的增大而增大;最大气泡直径随喷嘴内径的增大几乎成线性增大;鼓泡频率随喷嘴内径的增大而明显减小;最大上升高度则随着喷嘴内径的增大而增大,但幅度较小。