回转体微气泡减阻影响因素理论研究

为了研究影响回转体微气泡减阻率大小的因素,运用Fluent 6.3软件对某回转体微气泡减阻模型进行了数值计算,分析了喷气速度与来流速度的比值、喷气角度、气泡尺度及空隙率分布等因素对减阻率的影响程度和规律,初步揭示了微气泡减阻的机理,研究了饱和喷气量的形成原因.结果表明,微气泡可使回转体局部摩擦阻力减少80%,总阻力减少约30%;微气泡减阻率的高低主要由喷气速度与来流速度之比、近壁面处空隙率的大小及分布所决定,而与喷气角度以及一定范围内的气泡尺度关系不大;喷气流量增大,摩擦阻力下降,粘压阻力增加,当摩擦阻力减少量与粘压阻力增加量相当时,达到饱和气量.在喷气流量未达到饱和值时,总阻力随气流量的增大而减少.     

微气泡曝气中微气泡收缩特性研究

微气泡曝气是一种新的气泡曝气方式,气泡特性对微气泡曝气性能具有显著影响。采用气-水旋流微气泡发生装置,考察了微气泡曝气中气泡尺寸和微气泡收缩特性及其影响因素。结果表明,微气泡发生装置在清水中产生的微气泡平均直径为55．85μm,标准偏差为30．03μm;40～50μm直径范围内的微气泡所占的体积分率最大,表面活性剂SDS会降低微气泡的平均直径。微气泡具有加速收缩消失的行为特性,微气泡初始直径与收缩时间之间存在显著的正相关关系,静态条件下相同初始直径的微气泡收缩过程存在明显差异。表面活性剂SDS存在时,微气泡的收缩时间显著延长。微气泡的收缩时间与传质区域面积具有负相关关系,表明微环境影响微气泡收缩过程。     

驻留式微气泡阵列流动减阻机理数值研究

为了完善驻留式微气泡阵列减阻的机理理论,基于有限体积方法,采用大涡模拟（LES）方法对平板及驻留微气泡阵列近壁面复杂湍流流动开展数值模拟研究,采用本征正交分解法(POD)提取2种模型近壁区湍流拟序结构进行对比分析.结果表明：相较于平板,驻留微气泡阵列近壁面切应力变化更加平稳,减小了约13.7%;微气泡气/水界面的动态形变使边界层间歇性流动分离再附着,抑制低速流体上抛、高速流体下扫形成的“猝发”现象,湍流相干结构“猝发”频率减小5.6 Hz.利用POD方法,能够有效地提取近壁面复杂湍流拟序结构的主要分布特征,微气泡的存在加强了湍流近壁区内的小尺度结构,促进流场内湍流动能的均匀分布,抑制了拟序结构的发展,体现了驻留微气泡良好的减阻特性.     

驻留式电解微气泡流动稳定性及减阻性能

针对航行体表面稳定高效水下减阻问题,提出自稳式电解微气泡阵列流动减阻性能试验研究。制备电极壁面微柱孔阵列表面试片经电解形成稳定微气泡阵列气膜,揭示电解电压、微柱孔尺寸、来流速度影响电解微气泡生长行为、驻留稳定性的作用机制,通过试验及数值方法研究微气泡阵列流动减阻性能,分析减阻机理。研究结果表明,电极壁面微柱孔可实现微气泡电解自适应启停控制;相同微柱孔直径时,电解电压增大则微气泡达到稳定直径用时越短,但微气泡阵列稳定时间及驻留率降低;相同电解电压下,250μm柱孔内微气泡达到稳定直径用时较少,且微气泡阵列稳定时间及驻留率更佳;气膜型驻留微气泡较突出型具备更强的驻留稳定性;250μm柱孔微气泡阵列气膜表面样片平均减阻率约为23%,微气泡阵列稳定时间及驻留率最大值分别为420s、95.46%（20V）;驻留微气泡形变及气/水两相界面力共同作用使得微气泡上侧产生大量上抛高速流动,抑制了流向涡下扫流动猝发,显著减小近壁区雷诺切应力;微气泡阵列近壁数值平均湍动能约为0.010 m2/s2小于纯平板（约为0.021 m2/s2）,微气泡阵列壁面数值平均剪切力约为30Pa小于纯平板（约为55Pa）,故可达到高效湍流减阻。     

回转体喷气减阻实验研究

采用避面喷气法在一回转体模型上进行了减阻实验，结果表明，使用喷气法降低水下物体阻力是可行的，并在一定条件下得到了8%的总阻力降，在对影响减阻的因素进行分析后，指出获得更大减阻效果是可能的。     

微气泡及其在环境污染控制中的应用

微气泡直径小于50μm,具有区别于传统气泡的行为特性,在环境污染治理领域中表现出一些潜在的应用优势,日益受到关注。介绍了不同微气泡产生方法及其原理,比较了不同方法所产生微气泡的差异及其主要应用领域,分析了表面活性剂在微气泡产生过程中的重要作用。同时,讨论了微气泡在强化传质、界面性质等方面区别于传统气泡的行为特性,以及造成这些差异的原因。此外,综述了目前微气泡技术在强化臭氧传质及环境污染修复中的应用现状。最后,提出了目前微气泡技术存在的问题以及今后的主要研究和应用方向。     

热气泡式微流体驱动器的研究进展

热气泡式微流体驱动器是微驱动的一个研究分支,是微流控器件的重要组成部分。热气泡式微流体驱动器没有机械可动部件和机械变形,结构简单、容易加工制造、可靠性高,在航空航天、生物医学和化学等领域具有广阔的应用前景。目前,热气泡式微流体驱动器主要采用4种加热方式：电阻加热、电磁感应加热、激光加热和电火花加热。对以上4种热气泡式微驱动器的研究进展进行了总结,分析了不同加热驱动方式的工作原理、结构组成、微加工制作方法、实验测试结果和驱动特点,并对今后热气泡式微驱动器的发展趋势及研究方法进行了分析。     

仿生肋条减阻技术在输气管道中的应用

近年来,随着天然气需求量的不断增加,输气管道输送效率问题越来越受到重视。由于输气管道的主要损失为摩擦阻力损失,因此降低摩擦阻力成为研究输气管道的重点。为探究V形肋条在输气管道减阻中的应用,采用FLUENT软件对两种不同几何尺寸的V形肋条进行数值模拟,把大管径管道仿生肋条的减阻研究近似转换为平板输气管道的数值模拟。研究结果表明,V形肋条输气管道与光滑输气管道在对数层的速度位置轮廓线不同|在相同天然气进口速度下,V形肋条肋顶的切应力大于肋底的切应力,且肋底的近壁局部湍动能较小|肋高h、肋宽s均为0.90 mm的V形肋条输气管道的减阻效果好于肋高h、肋宽s均为0.51 mm的V形肋条输气管道。     

气泡光学特性的研究

利用自行设计的实验系统在实验室对微孔陶瓷管产生的气泡及气泡幕的光散射特性进行了研究和分析，并对单个气泡的光散射特性进行了计算机模拟．实验结果表明，理论结果与实验结果基本相符．通过实验可得到气泡的尺度及速率等物理特性．从气泡幕光散射信号的Fourier变换可以看出，信号的频率主要集中在0～1000Hz范围内，在高频部分的微小波动由噪声引起，信号频率随时间没有明确的变化趋势，表明气泡幕光散射信号是随机信号。     

水中气泡的特性研究

概述了水中气泡的密度与从水面算起的深度、水面的风速之间的关系;给出了一般情况下的小气泡,中等气泡,大气泡的运动规律,并阐述了气泡的光散射特性以及一种计算光学特性的简单方法。文中详细阐述了利用光学方法来研究气泡所需淑及的问题,为气泡的光学特性研究指明了方向。     

非牛顿流体中的单气泡行为研究

通过实验研究了非牛顿流体ＣＭＣ水溶液－Ａｉｒ中的单气泡行为，并重点考察了操作条件，液体性质，通所型式等因素的影响，结果表明：操作条件、液体性质对气泡的形态、大小及其运动均有直接影响，通敢型式对气泡形态的影响并不明显；体系非牛顿性的增强，气泡间的聚并加剧。     

舰船远场微气泡尾流的退偏特性

为研究船远场微气泡尾流对偏振光的消偏作用,采用偏振光传输的Monte Carlo模拟程序仿真了尾流气泡幕前向散射偏振度和穆勒矩阵元的二维分布模式,计算了入射光的偏振态、气泡幕的散射系数、气泡幕的厚度以及气泡平均粒径4个类型参量改变时尾流气泡幕前向散射的退偏特性.研究结果表明:尾流气泡幕前向散射偏振度随着入射光偏振态的变化存在不同的方位选择取向,相比于圆偏振光气泡幕对线偏振光有较强的退偏作用,尾流气泡幕退偏作用随着气泡幕厚度和散射系数的增加而增强,随着气泡幕平均粒径的增大偏振度的震荡增大并最终趋于平稳.     

利用气泡形变振荡提高微细粒矿物浮选效率

研究了利用气泡形变振荡提高微细粒矿物浮选效率的可行怀，分析了气泡形变振荡对矿粒的捕获和排出作用，并对各种影响气泡形变振荡的因素进行了论述，提出了新型气泡开及振荡浮选设备的设计要求，为高效浮选设备的设计提供了新的思路。     

气泡增强型水力旋流器的数值模拟研究

采用欧拉模型与离散相模型相结合的方法对气泡增强型水力旋流器中油-气-水三相流场进行数值模 拟,分析了速度场和油滴粒子的运动轨迹,并且对比了油滴粒径、工作流量、含油浓度3种不同因素对注气后水力旋 流器与常规水力旋流器分离效率的影响。数值模拟结果表明,注气后水力旋流器内流场的切向速度和轴向速度较 常规水力旋流器更高,油滴分离所需的时间更短,对30μm 以上油滴的分离效率比常规水力旋流器高出约20%。从 数值模拟的角度验证了入口注气可以提升水力旋流器的分离性能。     

APLNG船轴功率测试技术研究

在船舶建造过程中,主机轴功率性能测试是考核主机性能的重要指标之一.本文通过对APLNG液化天然气船轴功率测试技术与测试方法的探索和研究,对测试原理、测试方案及仪器选型进行了方案确定,对该项测试技术在APLNG船试航过程中对主机轴功率进行了考核.     

模拟尾流气泡幕中的气泡率及声速

文中通过对尾流气泡幕模型的分析与计算,利用伯努利方程计算出实验室模拟的气泡幕的气泡率,针对级联气泡生成装置内部压强、注水深度等参数进行分析,结果表明:在实验范围内,较大压强差会产生较大的气泡率,气泡幕中的声速随气泡率的增大而变慢.     

射流搅拌发酵罐自由射流气泡区的气泡直径和气含率研究

研究了气速、清液层高度、混合器尺寸和倾斜度等因素对射流搅拌发酵罐自由射流气泡区的气含率与气泡直径的影响。由理论分析与实验数据关联了气含率、气泡直径与气速、清液层高度、混合器尺寸和倾斜角度等之间的关系。关联式与实验数据吻合较好。     

微加热器上不同工质的气泡动力学实验

设计并采用MEMS工艺制造了一种特征尺寸10 μm并能产生单一稳定微米气泡的Pt薄膜加热器。在不同加热脉冲宽度条件下（100~1 000 ms）,用CCD摄像头和MATLAB程序定量研究了在乙醇、除气水和纳米流体中微气泡的动力学过程。研究发现:不同流体中,随着脉冲宽度的增加气泡直径增大,所需的起始功率减小。乙醇中气泡成核所需的功率最小,气泡直径最小;而纳米流体中所需功率最大,气泡直径也最大。通过表面张力与成核的理论模型对此进行了初步的理论分析。     

天然气管道肋条减阻数值分析

随着清洁能源的广泛应用,提高输气管道的输送效率成为热点问题,其中降低管输过程中的摩擦阻力至关重要。为探究三角形肋条在输气管道减阻中的应用效果,利用ANSYS-FLUENT软件对光滑管道和肋条管道中的湍流流动进行了数值模拟。结果表明,在近壁区域,肋条管道与光滑管道的速度剖面相差较大,主流区域相差较小,肋条结构的减阻效果主要基于近壁面;肋条结构将漩涡推离壁面,使肋底充满低速流体,降低近壁面处动量交换,减小摩擦阻力;与光滑壁面相比,尺寸为s=h=0.516 5 mm的肋条具有4.38%的减阻效果。