水平分布双气泡运动特性的可视化实验

为了研究双孔喷气工况下,孔径及孔间距对气泡的影响规律,通过可视化实验方法研究双孔壁面逸出气泡的运动特性,对不同孔径及孔间距情况下的两列气泡的运动轨迹、气泡脱离尺寸、气泡速度进行分析,并与单孔气泡生成及运动特性进行对比,得到孔口间距及孔口直径对气泡的影响规律。实验结果表明,当两列气泡并排上升时,两气泡之间距离并不会保持恒定,而是会出现相互靠近—远离—再靠近的循环震荡过程,且孔间距越小,气泡上升时所伴随的左右震荡的振幅越大;在孔径及气体流量均相同时,孔间距越小,脱离尺寸越小,气泡最终的稳定速度越小;当孔间距及气体流量均相同时,孔径越大,气泡的脱离尺寸越大,脱离尺寸与单孔情况的差值越大,气泡最终的稳定速度越大。     

双气泡间的聚并时间测量及其影响因素

聚并时间是研究气泡聚并行为过程中的一个重要参数。在消除气泡生长速度对聚并时间影响的条件下,利用自行开发的光学测试技术对双气泡间的聚并时间进行了精确的测量。考察了气泡尺寸、靠近速度、有机溶质的扩散、电解质和表面活性剂的加入对气泡聚并行为的影响。实验结果表明,双气泡间的聚并时间随着气泡直径的增加、气泡老化时间的延长、靠近速度的减小和有机溶质浓度的增大而增加。     

声场驱动气泡增强微流体混合的数值模拟

微流体研究中，由于雷诺数较低，流体呈层流流动，流体混合主要依靠分子扩散，混合时间长，效率低，故流体混合成为亟待解决的问题。声场激振气泡可以有效促进流体混合，已经引起了广泛关注。本文模拟研究了声场作用下气泡振动对流体混合的影响，探索了微尺度流体在声场激振下的流动特性，分析了微通道高度、入口速度、气泡间距及布置方式对流体混合的影响。结果发现，微通道高度较低时，气泡振动可以更好地促进流体混合；入口速度较小时，流体在气泡附近滞留时间较长，混合较为均匀；气泡半径较大时，旋涡扰动增强，混合效率提高；两个气泡的混合效果优于单个气泡，而气泡间距对混合效率基本无影响；微通道高度较低时，气泡同侧布置和异侧布置对流体的混合效果相接近，随着微通道高度的升高，两种布置方式对混合效果的差异逐渐显现，异侧布置具有更好的混合效果。     

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。     

乙烯在丙醛体系中的气泡行为研究及乙烯氢甲酰化制丙醛鼓泡塔工程放大预测

研究了水-N_2、丙醛-N_2以及乙烯氢甲酰化反应实际工况下的气泡行为。发现在实际反应工况下,乙烯、氢气、一氧化碳三种原料气同时发生反应,气泡数量逐渐变少,无明显气泡合并及大气泡出现。通过系列假设条件,推导出气泡反应模型,并通过乙烯氢甲酰化模试连续反应进行验证,模型数据与试验数据基本吻合。采用气泡转化率模型对总进气量为13000 L/h(标准状态下)的某丙醛鼓泡塔工业装置进行预测,当有效液面高度约为7000 mm时,可满足工业装置转化率大于80%的设计目标,可为工业装置反应器的设计提供依据。     

低温(3℃)养护条件下不同水胶比对引气混凝土孔结构参数及抗渗性的影响

针对西部寒冷以及盐渍土地区的灌注桩混凝土,主要研究了低温(3 ℃)养护环境下不同水胶比对引气混凝土孔结构参数以及抗渗性能的影响.试验结果表明:随着水胶比的增大,引气混凝土的孔隙率与气泡间距系数都呈现增大的趋势,低温养护条件下孔隙率与气泡间距系数大于标准养护条件下;低温养护条件下混凝土主要孔径分布范围明显大于标准养护条件;低温养护条件下混凝土抗渗性能小于标准养护条件下混凝土,随着水胶比的增大,抗氯离子渗透性能下降,水胶比越大,抗渗性能下降越快;混凝土电通量和氯离子迁移系数与混凝土孔结构参数(孔隙率、气泡间距系数、孔径分布)呈现高度正负相关.     

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。     

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。     

拟塑性非牛顿流体中在线气泡聚并规律

以拟塑性羧甲基纤维素钠(CMC)水溶液作为非牛顿流体,对在线上升气泡的聚并规律进行了研究。利用光电信号采集系统测定了不同高度的气泡聚并分布规律,分析了气体速度及流体性质等因素对聚并规律的影响。结果表明,在测量高度和实验气速范围内,随着高度升高,在高气速下,气泡聚并率减小,在低气速下,则先增大后减小。2种情况下,达到一定高度后均趋于恒定;在一定高度下,达到一定气速后,气泡聚并率变化较小;中低气速下,聚并率随CMC质量分数增大而减小,而在高气速下,CMC质量分数变化对聚并率影响较小。     

幂律流体中平行上升双气泡间相互作用研究

采用流体体积(VOF)法对非牛顿幂律流体中平行上升双气泡间相互作用进行了模拟研究.结果表明:剪切变稀效应及气泡周围流场结构对气泡间相互作用的贡献分别随着气泡间距增大而减小,气泡间相互作用主要受气泡间流体涡旋结构控制.当初始间距很小时,气泡平行聚并发生;随着初始间距增大,双气泡行为转变为相互影响的平行上升;当初始间距增大...     

垂直惰性阳极铝电解槽内的析气行为

垂直惰性阳极铝电解槽内,析气行为会影响氧化铝浓度分布和电流效率。利用新设计的透明电解槽进行了电解试验,观察了大尺寸惰性阳极气泡的析出及逸出过程。试验结果表明：在阳极底掌下,气泡进行周期性的生长、长大、并聚和脱离,但大尺寸阳极上气泡的滑动和并聚过程与小尺寸阳极上的不同。阳极工作面上则形成了气泡群,新形成的气泡迅速脱离。紧贴着阳极的气泡运行速度慢,外层的气泡运动速度快。所有气泡最终都经液面逸出,大部分气泡到达液面时立即逸出,少部分未及时逸出的气泡随着电解质做一段水平运动后才逐步逸出。测量到的惰性阳极的气泡运动速度为0.006~0.445 m·s^-1,底部的气泡运动速度分布范围宽,然而,受电解质的限制,中上部的范围窄。     

表面改性剂对溶气气浮微气泡特性影响研究

研究了十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、壳聚糖、聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDADMAC)3种表面改性剂对溶气气浮微气泡特性的影响。结果表明:微气泡平均直径减小主要得益于小尺寸微气泡数量的大幅增加。CTAB投加浓度能显著影响微气泡的直径及并聚概率,对微气泡上升速度有略微影响。投加阳离子聚合物可使微气泡间的并聚现象增多,对微气泡直径及上升速度影响微弱。3种改性剂在微气泡表面的附着效率以CTAB最大,PDADMAC最小。不同改性剂分子产生的电荷量及其在微气泡表面的吸附效率有较大差异。     

基于相群平衡模型的浮选气泡聚并模拟

气泡尺寸分布直接影响气浮分离效率,而聚并是导致气浮池内气泡尺寸变化的主要因素。首先用实验方法测量气浮接触区气泡尺寸分布,然后用计算流体力学方法对气泡/水两相流动及气泡聚并进行模拟,最后通过对实验和数值模拟结果进行对比建立基于相群平衡模型的浮选气泡聚并行为的模拟方法,分别运用Luo、Free molecular和Turbulent聚并模型对气浮接触区气泡聚并行为进行模拟。结果表明:Turbulent聚并模型计算所得气泡尺寸分布与实验值最接近,适合模拟接触区气泡聚并;气泡平均直径随高度升高先变大后保持不变,气泡聚并主要发生在接触区中下部;气泡的加入增强了接触区流动混乱程度,上部产生对称涡流,中下部呈由边壁向中心的水平流动。     

多孔挡板流化床气泡行为的研究

本文在内径为(?)120mm 的多孔挡板流化床中,用光导纤维法和电容法测定了 Al(OH)_3粉、铜粉和 FCC 三种不同物料体系的气泡频率和气泡速度,对操作条件和挡板参数对气泡行为的影响作了研究和分析。结果表明,在一定的气速下,挡板的开孔率、孔径和板间距(级间高径比小于3)对气泡频率和气泡速度的影响较小;对属 B 类的 Al(OH)_3粉和铜粉物料,气速对气泡频率的影响可以忽略,而对属 A 类的 FCC 物料,气泡频率随气速的增大而增大。     

垂直惰性阳极铝电解槽内的析气行为

垂直惰性阳极铝电解槽内,析气行为会影响氧化铝浓度分布和电流效率。利用新设计的透明电解槽进行了电解试验,观察了大尺寸惰性阳极气泡的析出及逸出过程。试验结果表明:在阳极底掌下,气泡进行周期性的生长、长大、并聚和脱离,但大尺寸阳极上气泡的滑动和并聚过程与小尺寸阳极上的不同。阳极工作面上则形成了气泡群,新形成的气泡迅速脱离。紧贴着阳极的气泡运行速度慢,外层的气泡运动速度快。所有气泡最终都经液面逸出,大部分气泡到达液面时立即逸出,少部分未及时逸出的气泡随着电解质做一段水平运动后才逐步逸出。测量到的惰性阳极的气泡运动速度为0.006~0.445 m·s~(-1),底部的气泡运动速度分布范围宽,然而,受电解质的限制,中上部的范围窄。     

自然循环条件下窄通道内气泡速度特性

气泡运动速度是气泡行为重要参数,对建立完善的气泡换热机理模型具有意义。以水为工质开展自然循环流动条件下窄通道内气泡速度特性实验研究。分析了单气泡和气泡群速度变化规律、影响因素以及引入摇摆运动后的速度特性。气泡速度主要取决于气泡尺寸和主流速度两个因素,摇摆条件下气泡速度会发生周期性波动,竖直稳态或摇摆动态条件下气泡形心液相速度与气泡速度近似相等。     

曝气膜生物反应器的CFD模拟

利用Fluent软件对曝气膜生物反应器中气液两相流动进行模拟计算,探讨了进气气泡的直径、进气速度及膜纤维束的长度等因素对膜生物反应器内液体流动、气体分布的影响.结果表明,减小气泡的直径并适当增大进气速度、膜纤维束长度可以有效提高膜生物反应器内气体的分布和液体与气体的接触,从而促进气液两相进行高效的传质.     

自然循环条件下窄通道内气泡速度特性

气泡运动速度是气泡行为重要参数,对建立完善的气泡换热机理模型具有意义。以水为工质开展自然循环流动条件下窄通道内气泡速度特性实验研究。分析了单气泡和气泡群速度变化规律、影响因素以及引入摇摆运动后的速度特性。气泡速度主要取决于气泡尺寸和主流速度两个因素,摇摆条件下气泡速度会发生周期性波动,竖直稳态或摇摆动态条件下气泡形心液相速度与气泡速度近似相等。     

水口出口结构对大方坯连铸结晶器内流体流动的影响

基于相似理论,采用0.6:1的缩小水模型研究了采用不同出口结构的水口浇注时连铸大方坯结晶器内钢液、液渣以及气泡的运动行为.结果表明,使用直通型水口浇注时,液面波动较小,液渣层分布均匀,气泡和流股的冲击深度较深,气泡上浮困难,不宜采用吹氩工艺;使用双侧孔水口浇注时,液面波动合理,液渣分布较均匀,流股及气泡冲击深度较浅,流股冲击深度较直通型水口小30 mm左右:采用四侧孔水口浇注时,液面波动均匀,液渣分布均匀且活跃,气泡和流股冲击深度很浅,气泡容易上浮,四侧孔水口适用于浇注内部质量要求较高的钢种.     

气泡聚并的实验研究

气泡聚并对气泡运动速度和形状有重要影响,本文通过实验探究气泡聚并过程以及不同因素对于聚并的影响。经过多次实验得出,在相同的实验条件下,氮气的聚并时间小于空气气泡的聚并时间。液体浓度增加,气泡聚并时间增大。气泡直径的增加,加大了液膜的体积,增加了液膜脱落时间。