非牛顿流体中双喷嘴连续气泡的生成与聚并

采用VOF-CSF法模拟研究了幂律型非牛顿流体中双喷嘴气泡的生成及聚并行为,得到稳定状态下3种不同的气泡流型:1两喷嘴处的气泡在生成过程中发生聚并;2两喷嘴处的气泡交替生成并发生在线聚并;3两喷嘴处的气泡几乎同时生成,在上升过程中由相互吸引变为相互排斥,无聚并现象发生。第1、2种流型中,先前生成气泡的尾流会对正在生成的气泡产生显著影响,使气泡倾向液体流动的方向生成;第3种流型中,气泡间因涡流重叠面积的不同和液相惯性力作用,在上升过程中由开始的相互吸引逐渐变为相互排斥。     

非牛顿流体中的气泡行为

非牛顿流体广泛存在于各学科领域（如化工、食品和生物医学等）,也与许多工业过程及人类的生命过程密切相关。非牛顿流体中的气泡行为直接影响流体传质、传热及化学过程的快慢。因此,了解和研究非牛顿流体中的气泡行为具有重要意义。本文分别从气泡生成、聚并和破裂3个方面对非牛顿流体中气泡行为的研究进展进行评述。     

非牛顿流体中的单气泡行为研究

本文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，通过型式等因素的影响，结果表明：操作条件、液体性质对气泡的形态、小及其运动均有直接影响，通过型式对气泡形态的影响并不明显；体非牛顿性的增强，气泡间的聚并加剧。     

非牛顿流体中气泡群传质的研究

CO2气泡群在液相中的传质在化工过程中广泛存在.对CO2气泡群在3种不同流体(牛顿流体、非弹性剪切变稀流体和黏弹性剪切变稀流体)中的气液传质过程进行了研究.利用CO2探针测定了不同操作条件下CO2的体积传质系数,考察了液相浓度,气体流量以及流变性质对体积传质系数的影响.结果表明:在3种流体中,体积传质系数均随气体流量的...     

静止非牛顿流体中气泡生成过程的传质

气泡生成过程中气液传质是气液接触设备的设计、优化的重要参考指标。以二氧化碳气泡在羧甲基纤维素钠(carboxymethyl cellulose,CMC)溶液中生成过程中的传质为研究对象,分别考察了气速、CMC溶液浓度、针头直径对气泡生成过程气液传质的影响,采用具有CCD显微相机的动态接触角分析仪测量了气泡形状、表面积和体积的变化,进而获得气泡生成过程气液传质系数k_l。实验结果表明,CMC浓度从0.2%增加到0.8%,黏度逐渐增大,传质系数随CMC浓度的增大而增大;针头直径从2.5 mm增加到4 mm,传质系数也随之增大;气速从1 ml·min^-1增加到9 ml·min^-1,传质系数也逐渐增大。     

气泡聚并机理模型

对气液二相体系中气泡间凸面状薄液膜内以及气液界面上动量和质量传递行为进行了分析,建立了气泡聚并时间模型,考虑了范德华作用力以及双电层作用力对液膜变薄过程产生的影响.模型值与文献实验值吻合较好.     

水溶液中气泡聚并的研究进展

水溶液中气泡聚并行为是化工流体力学研究中的一个重要内容,在化工、海洋和军事防护等诸多气液两相流相关领域中广泛存在并发挥着重要作用,研究气泡聚并具有重要的理论和应用价值。根据国内外关于气泡聚并的主要研究工作,对静止流场、复杂流场中气泡聚并机理以及韦伯数（We）、液体黏度、表面活性剂等影响气泡聚并的主要因素进行了综述,讨论了相关研究的不足,并对未来的研究方向进行了展望。     

非牛顿流体在气升式反应器中的流动特性

以非牛顿型流体在气升式内环流反应器中流动特性为研究对象，考察了在气－液－固三相体系中气含率和液体循环速度随不同的表观气速、固体颗粒粒径和浓度、设备结构尺寸的变化规律。对实验数据进行了回归处理得到气含率和循环速度的经验关联式，并对非牛顿型流体和牛顿型流体在同一反应器中的流动特性作了比较     

非牛顿流体中气泡上升及聚并过程中液相侧浓度场的数值模拟(英文)

On the basis of Navier-Stockes equation and convection-diffusion equation, combined with surface ten-sion and penetration models, the equations of moment and mass transfer between bubble and the ambient non-Newtonian liquid were established. The formation of a single bubble from a submersed nozzle of 1.0 mm di-ameter and the mass transfer from an artificially fixed bubble into the ambient liquid were simulated by the volume- of-fluid (VOF) method. Good agreement between simulation results and experimental data confirmed the validity of the numerical method. Furthermore, the concentration distribution around rising bubbles in shear thinning non-Newtonian fluid was simulated. When the process of a single ellipsoidal bubble with the bubble deformation rate below 2.0 rises, the concentration distribution is a single-tail in the bubble’s wake, but it is fractal when the bubble deformation rate is greater than 2.0. For the overtaking of two in-line rising bubbles, the concentration dis-tribution area between two bubbles broadens gradually and then coalescence occurs. The bifurcation of concentra-tion distribution appears in the rear of the resultant bubble.     

升温条件下多孔介质内气泡的生长和聚并行为

设计了两种横向和纵向喉道宽度比值(w_h∶w_z)分别为1.48∶1和1∶1的各向异性和各向同性多孔介质微流体芯片,以CO₂为气体,二甲基硅油为液体,采用可视化实验,系统地研究了升温条件下多孔介质结构对气泡生长和聚并规律的影响。结果表明,温度升高引起的传质生长是气泡突破喉道的动力。单个气泡在多孔介质内生长方向的选择依赖于喉道的门阙压力,气泡倾向于突破门阙压力小的喉道。随着温度的升高,气泡侵入和突破喉道速度加快。在各向异性多孔介质中,气泡倾向于在横向生长时与其他气泡发生聚并,而在各向同性多孔介质中,气泡更易发生纵向聚并。当多个气泡存在于各向异性多孔介质内时,气泡的初始分布会显著影响气泡间的生长和聚并过程;在各向同性多孔介质内时,影响则较小。各向异性多孔介质在实际工程应用过程中更易实现气泡流型调控。     

牛顿及非牛顿流体中的气泡生成与对比

采用激光成像结合CCD摄像技术分别对牛顿及非牛顿流体(甘油和羧甲基纤维素钠水溶液)中的气泡生成行为进行了研究,对2种流体气泡生成过程中气泡形状和体积变化进行了比较。分析了非牛顿流体的弹性效应对气泡生成过程气泡形状的影响。实验结果表明,在实验条件范围内,甘油中,气泡生长初期,气泡体积增加较快,到了后期,增加幅度减缓,气速对气泡生长过程气泡体积影响很小;羧甲基纤维素钠(CMC)水溶液中,气泡生长初期,气泡缓慢生长,气速对气泡体积影响很小,到了后期,气泡体积增加幅度变大,气泡体积随着气速的增大而增大。     

低气速条件下CO_2在牛顿及非牛顿流体中气含率

实验测定了低气速下CO2气泡群在牛顿流体、剪切变稀流体及黏弹性流体中的气含率。讨论了流体的流变性、质量分数及表观气速对气含率的影响。结果表明:在3种不同性质的流体中,气含率均随表观气速的增大而增大。同时发现流体性质对气含率具有不同的影响:对于牛顿流体,表观气速较低时,质量分数对气含率影响可忽略;对于非牛顿流体,气含率随着流动指数n的减小而减小,即剪切变稀效应对气含率有负作用,而黏弹性对气含率的影响可忽略。气含率是气液传质过程设计中最重要的参数,因此研究结果为进一步研究CO2气泡群在非牛顿流体中的传质奠定了一定基础。     

新型气体分布器对非牛顿流体中氧传质的影响

研究了环状气体分布器、微孔型气体分布器一号、微孔型气体分布器二号3种型式的气体分布器对非牛顿流体中氧传质的影响。着重考察了微孔型分布器对同一组合桨的功耗、气含率ε、氧传质系数KLα以及比功耗传氧系数Eo2的影响,并与传统的环状气体分布器的结果进行了对比。结果表明:在相同条件下,微孔型气体分布器条件下所得KLα和Eo2均高于环状气体分布器的对应值,可以取得较好的传质混合效果,有利于提高非牛顿流体中的溶氧水平。     

Heat transfer in bubble column and airlift bioreactors: Newtonian and non-Newtonian fermentation broths

A theoretical model has been developed for heat transfer in bubble column and airlift bioreactors, which is applicable for Newtonian and non-Newtonian fermentation media. The proposed model is based on a similarity between heat transfer in gas-sparged pneumatic reactors and turbulent natural convection. The applicability of the proposed model was discussed using a wide range of experimental data, and good agreement was obtained.     

搅拌槽内非牛顿流体的微观混合特性

在直径为0·476m的搅拌槽内,分别选用三窄叶翼型搅拌桨和标准六直叶涡轮搅拌桨,采用羟乙基纤维素(HEC)水溶液非牛顿流体作为工作体系,以改进的硫酸铜沉降反应与氯乙酸乙酯水解反应的平行竞争反应作为研究微观混合的反应工作体系,在质量分数为0·1%~0·5%的HEC水溶液中,排除硫酸铜副反应的影响,利用铜离子质量浓度与可见光吸光度的线性关系,考察了进料时间、搅拌转速、溶液黏度、流体的非牛顿性以及搅拌桨类型等因素对副产物收率(XQ)的影响规律。结果表明,当进料时间超过临界进料时间3500s后,X_Q不再改变;随着搅拌转速的增加,X_Q减小,但其减小的趋势逐渐变缓;在相同转速下,X_Q随着流体黏度的增加而增加,但增加的趋势有所减缓;对于黏性流体不能仅仅采用雷诺数作为放大准则;在相同的能量耗散速率及桨叶区进料的情况下,Damkohler准数较大的标准六直叶涡轮搅拌桨的X_Q较小。     

非牛顿流体搅拌流场的数值模拟研究进展

对非牛顿流体搅拌流场数值模拟过程中的控制方程、旋转桨叶的处理以及数值计算方法三个方面进行了综合论述。阐述了广义牛顿流体模型形式简单、计算量低,在非牛顿流体搅拌流场数值模拟过程中应用广泛;黏弹性流体本构方程具有高度的非线性,采用计算流体力学(CFD)方法对其搅拌流场进行数值模拟难度较高,目前仍处于起步阶段;通过合理简化黏弹性流体本构方程以及采用恰当的数值离散方法,有助于在黏弹性流体的搅拌流场数值模拟中取得进展。     

非牛顿流体中组合桨氧传递性能的研究

对两层组合桨在黄原胶水溶液中的混合性能进行了研究,采用能反映微观混合状态的容积传氧系数对多种组合桨进行了比较。结果表明双折叶圆盘涡轮—六叶布鲁马金组合桨有利于获得高的容积传氧系数;加大底层桨直径更有利于非牛顿流体的混合。     

Gas hold-up in non-newtonian solutions in a bubble column with internals

Bubble characteristics and gas hold-up were studied in a two phase (air-aqueous CMC solution) bubble column provided with helical coils and straight tubes as internals. The effects of superficial gas velocity, rheological properties, and volume fraction covered by the internals, on gas hold-up were studied. Hold-up values determined directly and by simultaneous pressure drop measurements matched well. Enhancement of gas hold-up values up to 55 per cent was achieved in systems using internals. The gas hold-up results were also compared with the values obtained from correlations reported in the literature.     

Correlations for liquid-phase mass transfer coefficients in bubble column reactors with newtonian and non-newtonian fluids

The earlier work of Calderbank and Moo-Young (1961) dealing with the liquid-phase mass transfer coefficient in gas-liquid dispersions is examined. Their well-known empirical correlations for small and large bubbles which are free to move under gravity are theoretically derived. The analyses are based on the approach for natural convection mass transfer, and include the case where the fluid is non-Newtonian. The predictions of the models are compared with reported experimental data and correlations.