附加惯性力对气泡破裂的影响

从气泡破裂的力平衡机理出发,采用流体体积函数( VOF)模型研究竖直窄流道中单个气泡受到附加惯性力作用后变形破裂的情况.通过定义气泡破裂点处的速度和观察气泡破裂时的颈部最短距离来描述表面张力、附加惯性力大小及初始形状对气泡破裂的影响.结果表明:表面张力、附加惯性力和初始形状对气泡的破裂有很大影响,它们直接影响流体对气泡的射流作用,最终可能导致气泡破裂.     

两相流动中摇摆引起的附加作用分析

对摇摆条件下竖直、水平和倾斜3种布置形式的管路系统中两相流动附加惯性力及由附加惯性力引起的附加压降进行详细的推导,并给出具体的附加惯性力及附加压降计算关系式。通过对比流动方向上由于摇摆引起的附加惯性力及重力分量的波动幅度,发现重力分量的波动是影响流动特性的主要因素。同时对竖直管道中附加压降计算式进行实验验证,结果表明计算式能很好地预测附加压降的变化规律,可用于摇摆条件下管内附加压降的计算。     

倾斜、摇摆对矩形通道内泡状流局部界面参数分布的影响

借助高速摄像机,对倾斜和摇摆条件下矩形通道(43 mm×3.25 mm×2000 mm)内泡状流局部界面参数的横向分布特性进行实验研究,包括局部气泡比例、空泡份额及界面面积浓度(IAC)。实验结果表明,竖直、倾斜及摇摆条件下,局部气泡比例、空泡份额及IAC三者的横向分布形状相类似。竖直静止及摇摆至竖直位置时,通道内中间较大范围内各局部参数变化缓慢,在xi/(w/2)=±0.5(xi为以通道宽边中心轴线为原点到窄边内壁面的距离,w为宽边尺寸)附近出现峰值;随着倾斜和摇摆角度的增大,下壁面附近峰值被削弱,上壁面附近峰值被加强。实验摇摆参数范围内,摇摆时局部参数的横向分布与实验段倾斜至相同角度时的分布十分相近;主要原因为在横向上摇摆引起附加惯性浮力远小于气泡受到的浮力。     

静水中单气泡运动特性实验研究

气泡运动特性是两相流研究的重要领域之一。本文基于图像识别技术对静水中单气泡的上升过程及其动力学特性进行研究，分析了不同等效体积直径下气泡上升过程中轨迹、变形程度、瞬时速度等参数。研究结果表明：椭球型单气泡上升过程中横向振荡幅度峰值与横向速度峰值呈正比，瞬时纵横比与瞬时纵向速度呈反比；单气泡横向运动位置、纵横比、上升速度具有周期性变化的现象。通过定量分析气泡末速度与等效体积直径的关系，对已有预测关系式进行了比较和评价，并基于实验数据拟合得到了一个更为精确的显式末速度关系式。     

摇摆作用下矩形流道内单相流动与换热数值模拟

采用Fluent计算流体力学软件,通过修正动量方程考虑摇摆所造成的附加惯性力的影响,对摇摆竖直矩形窄流道内单相流动与换热过程进行了数值模拟.附加惯性力的影响通过用户自定义函数(UDF)在动量方程源项中实现.模拟结果显示,在摇摆作用稳定后,流量和温度都会在静止值附近正弦波动,且波动周期和摇摆周期一致；流量和温度波动的极值...     

摇摆条件下强迫循环流量脉动特性分析

对摇摆条件下的单相强迫循环流量脉动特性进行实验研究,并通过受力分析研究影响流量脉动的主要因素。研究表明:摇摆运动能否造成强迫循环流量出现周期性的脉动主要取决于泵驱动压头与附加惯性力的相对大小。摇摆幅度或频率越大,流量脉动幅度越大;循环泵驱动压头越大,流量脉动幅度越小;当驱动压头与附加惯性力的比值达到一定值后,摇摆运动发生前后流量不再出现明显变化。     

倾斜管内上升泡状流界面参数分布特性实验研究

采用双头光纤探针对倾斜圆管内空气-水两相泡状流界面参数分布特性进行了实验研究,包括局部空泡份额、气泡通过频率、界面面积浓度及气泡当量直径径向分布特性。实验段内径为50 mm,液相表观速度为0.144 m/s,气相表观速度为0~0.054 m/s。结果表明倾斜管内向上泡状流气泡明显向上壁面聚集。局部界面浓度、空泡份额及气泡通过频率径向分布相似。倾斜条件下局部界面参数分布下壁面附近峰值相对于竖直状态被削弱甚至消失,上壁面附近峰值被加强,中间区域从下壁面往上逐渐增大,且随倾斜角度的增加变化更加剧烈。气泡等价直径随径向位置、气相速度及倾斜角度的不同无明显变化,气泡聚合和破碎现象较少发生。通过气泡受力分析解释了倾斜对泡状流局部界面参数分布的影响机理。     

Analysis on Characteristic of Forced Circulation Flow Rate Pulsation under Rolling Condition

对摇摆条件下的单相强迫循环流量脉动特性进行实验研究,并通过受力分析研究影响流量脉动的主要因素.研究表明:摇摆运动能否造成强迫循环流量出现周期性的脉动主要取决于泵驱动压头与附加惯性力的相对大小.摇摆幅度或频率越大,流量脉动幅度越大；循环泵驱动压头越大,流量脉动幅度越小；当驱动压头与附加惯性力的比值达到一定值后,摇摆运动发生前后流量不再出现明显变化.     

摇摆条件下圆管内层流摩擦阻力的理论研究

建立了摇摆条件下圆管内的层流流动模型,推导出无量纲化的速度表达式,得到摩擦阻力系数关系式。在所有附加力中,只有切向力对流体产生影响,离心力和科氏惯性力的影响相互抵消。平均摩擦阻力系数与非摇摆条件下的表达式相同。摇摆运动对层流摩擦阻力系数的影响随着雷诺数(Re)的增加而逐渐减小。     

单个气泡上升行为的可视化实验研究

采用高速摄相机和粒子图像测速技术(PIV技术)对静水中单个气泡的上升行为进行了观测探究。通过分析实验数据发现了气泡的形状变化与其上升速度间的关系:气泡形状越扁平,上升速度越快。此外,随着生成气泡的针头内径变大,生成气泡的尺寸也会随之增大,但其平均上升速度会随针头内径的增大而先减小后增大。通过对比分析不同工况下的实验数据发现:气泡在半径为2.2～2.3mm之间时,具有最小上升速度,约为0.22m/s。通过对气泡上升速度函数进行傅里叶分析发现了气泡上升速度的波动周期与气泡大小之间的关系:气泡越大,速度波动频率越大,波动周期越小。通过PIV技术对静水中上升气泡周围的流场进行逐帧分析,发现气泡周围周期性的出现环状流场,并总结得出了气泡上升方向与流场变化间的联系。