气泡雾化喷嘴泡状流出口喷雾脉动特征

采用实验和仿真方法,对一特定气泡雾化喷嘴泡状流时混合室内的气液两相混合形态以及喷孔出口喷雾脉动特征进行了研究。研究结果表明,泡状流时气泡尺寸呈近似正态分布,气泡尺寸随液相质量流量和气液质量比增大而减小;喷雾形态和喷孔出口气液流动参数存在较大脉动,喷雾锥角脉动超过20°;气泡数量密度小且气泡直径较大时,喷雾平均锥角相对较小,且喷雾脉动现象比较严重;随着气泡数量密度增加,喷雾平均锥角呈现先快速增大后缓慢增大趋势,而喷雾锥角变异系数先快速增大随后逐渐减小并趋于稳定;复杂的流场结构是喷孔内气泡表观形态发生较大变化以及喷孔出口气液流动参数产生较大脉动的主要原因。     

脉冲气流对烯烃流化床气泡特性的影响

流化床具有良好的传热传质效率,因此广泛应用于煤粉燃烧、气力输送等场合。但是流化床在工作过程中会产生一定的恶性流动,脉冲的振动能量可以有效地提高流化床的传热系数,减少恶性流动现象发生。本文设计、搭建了烯烃流化床实验平台,通入混合脉冲气流。通过改变脉冲气流的相关参数,对静电信号进行功率谱密度函数分析。并基于静电信号估算气泡尺寸,从而获得流化床内气泡行为的变化。实验结果表明,脉冲气流的加入对气泡尺寸有一定的影响。随着脉冲频率的增加,气泡尺寸呈现先减小后增大的趋势,在脉冲频率为0.5Hz左右时气泡尺寸最小。脉冲气流加入后使得气泡尺寸减小,提高了颗粒流化效果,因此烯烃流化床内流化结束后的团聚颗粒质量明显降低。     

湍流泡状流混合层流动的PIV测量

在单相实验的基础上,使用PIV对不同位置注入气泡的泡状流湍流混合层流动进行实验研究。混合层高低侧流速比为4∶1,基于两股流体速度差和管道水力直径的Reynolds数范围为4400～158400。与单相相比,气液两相混合层流动脉动速度的测量结果表明,在低Reynolds数时气泡的加入会增强混合层的速度脉动,但随着Reynolds数的增大气泡的加入反而会减弱速度脉动。雷诺应力集中在隔板下游一个较窄的区域内,并随Reynolds数的增大而增大。从流动横截面上雷诺应力的分布可以看出,气泡的加入减小了混合层内的平均雷诺应力,并且与单相相比泡状混合层流动在同一横截面上的雷诺应力分布曲线会产生波动。     

喷嘴释放单气泡的声发射特性

利用声发射技术在单气泡发生实验装置中研究了气液两相流中单气泡的动力学特性,使用自行开发的采集处理程序进行气泡声信号的参数提取,采用统计分析、小波变换和快速傅里叶变换对声信号进行时域和频域范围的分析。分析结果表明,声发射技术可以检测到管内气泡的声信号,具有较高的信噪比,且声信号随着喷嘴尺寸的增大而增大,随着液相表面张力的减小而减小。比较不同喷嘴直径下气泡的频率谱,发现喷嘴释放气泡发出的声信号频率为150～200 kHz,且随着喷嘴直径的增大,峰值频率相应增大,提出了声信号峰值频率与气泡尺寸之间的关联式。同时得到了气泡上升过程中的连续形态变化,分析了气泡产生声音的机理。研究表明,声发射技术是一种灵敏度高、测量手段方便的方法,可用于气液两相流气泡运动特性的检测。     

低温气液两相弹状流动中Taylor气泡的统计特征?I. Taylor气泡长度

为了研究倾角(q)和管径对低温气液两相流中Taylor气泡长度分布规律的影响,在6种管路倾角下,以液氮为工质,使用高速相机对4种内径透明抽真空Pyrex玻璃管内的弹状流动进行了可视化实验. 结果表明,低温弹状流动中Taylor气泡长度分布的统计特征可由对数正态分布函数描述,Taylor气泡长度分布的标准偏差受到液膜射流直接影响,并随q减小先增大后减小. Taylor气泡无量纲平均长度随管路轴向位置增大而线性增加,随管路内径增加呈指数下降趋势,随q减小而增大,最小值出现在70o≤q≤90o.     

SK型静态混合器内气-液两相流单气泡运动实验研究

采用单气泡实验对SK型静态混合器内气-液间混合过程进行试验研究,针对主流速度、气泡尺寸、混合元件数量等参数对气-液混合效果差异进行实验研究,并就整个混合过程中的压降波动进行了分析。实验结果表明,SK型静态混合器增大气-液两相相界面,提高气-液两相混合效果,延长气-液停留时间,混合元件数增加压力降增大。     

团聚液雾化气泡粒径分布特性的可视化研究

泡沫团聚法是有效脱除细颗粒物PM_2.5的方法。本文对团聚液的雾化粒径进行了研究,筛选出适于团聚PM_2.5的气泡粒径的溶液及喷雾条件。文中首先对气泡粒径与团聚颗粒物的能力进行估算,进而通过CCD拍摄精细雾化喷嘴喷出的团聚液泡沫的流动过程,利用MATLAB处理图片,得出雾化气泡粒径和密度大小。实验结果表明,发泡剂会使团聚液的雾化液滴形成气泡,增大雾化颗粒直径;PAM团聚液形成的气泡粒径偏小,且雾化颗粒密度大,粒径主要分布在小于200μm范围;XTG团聚液气泡粒径偏大,CMC团聚液气泡粒径介于两者之间;0.2% CMC团聚液气泡粒径均匀,颗粒数量大;在距喷口轴向20cm处,气泡破碎和聚合趋于稳定;喷口直径0.5mm时,气泡雾化粒径大多分布在100~300μm粒径范围内,符合团聚脱除PM_2.5的气泡条件;随着温度的升高,直径在0~300μm内的气泡颗粒数量增大明显。     

针-环电极配置下电场对气泡分散特性的影响

在多相反应系统中,外加电场因具有促进离散相在连续相中的分散并强化相间传质的优势而受到广泛关注。基于此,本研究设计并构建了静电液气分散实验测量系统,通过在针-环电极间施加高压直流电产生非均匀电场,以乙醇为连续相、空气为离散相,在考虑气体流量和施加电压影响因素的基础上,采用高速摄像技术对电场作用下的气泡分散过程进行了可视化测量。结果表明,气泡在乙醇中的分散主要呈现滴状、混合和喷雾3种模式。以量纲为1气泡直径（ζ）表征的气泡尺寸随着电邦德数（Bo_E）的增大显著减小,随着气体韦伯数（We_g）的增加而增大,其中在混合模式和喷雾模式下的微气泡尺寸基本在20μm以下。增大Bo_E和We_g均能促进气泡的产生,但Bo_E的影响效果更加明显。同时,发现气泡分散模式的转变主要取决于Bo_E,增大We_g使气泡分散模式的转变趋势延缓。此外,基于本研究实验数据建立了ζ与Bo_E和We_g相关的气泡尺寸预测模型,针对ζ ≤ 5的气泡,该模型结果与实验结果高度吻合。通过低能量消耗实现小气泡的生产一直以来是技术难题,采用电场强化气泡分散为发展相应技术实现强化多相系统中相间混合和传质提供了新思路。     

高气液密度比的传热相变复合模型

为研究两相流动中热量传递机制,基于格子Boltzmann热模型及大密度比模型,将相变源项引入到控制两相密度分布函数中,来描述温度场对气液相变的影响,提出了一个可以描述气液密度比达到2778的传热相变复合模型。通过对压力速度分布函数的回归修正克服了气液密度比过大造成的数值不稳定问题。模拟了溴化锂水溶液中双气泡的上升运动过程及周围的温度场分布,研究发现：双气泡上升时,碰撞前上方气泡温度高于下方气泡,碰撞时,两气泡间液桥打开,发生热量传递,气泡内部温度变得均匀;双气泡体积先减小再增大,碰撞时体积达到最大值,在融合成一个气泡后体积逐渐缩小,最终趋于稳定;初始气泡的体积越大,气泡上升过程中的速度越大。     

立体传质塔板CTST喷射特性的研究

立体喷射型塔板的喷射状况对气液两相接触面积有重要影响。在直径570 mm的冷模实验塔内,采用高速摄像仪对CTST的喷射过程参数进行了实验研究,并且基于不稳定波动理论建立了液滴群平均粒径的计算模型。结果表明:喷射孔气速是影响喷射锥角的关键因素,随着喷射孔气速的增加喷射锥角逐渐增大,当喷射孔气速超过7.5 m?s-1时,喷射锥角趋于恒定,其数值稳定在55°左右。随着气速的增加喷射孔处液膜速度显著增大,而液体流量增加时液膜速度略有减小,越靠近喷射孔顶端液膜速度越大。喷射区域内液滴的分布密度接近于Rosin-Rammler分布,在喷射锥角为[20o,40o]区间内的液滴数量比较集中,随着气速和液体流量的增大,液滴分布密度逐渐趋于均匀。液滴群平均粒径随气速的增加而减小,随液量的增加略有增大。正常工作范围内,液滴群平均粒径为1.0~2.5 mm。     

脉动条件下旋流场内气液两相流流型及其转变机理

运用高速摄像技术对流量脉动条件下旋流分离器内气泡动力学行为及气液两相流流型展开研究。研究发现,在完整脉动周期内,流量在3.62~4.18 m³/h范围内波动,流量增大段的气核整体向溢流口方向运移,流量减小段的气核整体向底流口方向运移,气核大小及形态变化呈现周期往复性。通过脉动周期内特殊帧的分析,得出流量脉动条件下旋流场内气液两相流流型主要包括：气泡流、塞状流、弹状流、丝状流及波状流等五种形式。根据实验得出的气液两相折算速度,确定了脉动条件下气液两相流流型转换界限图,而气泡间的聚并破碎行为是产生气液两相流型的主要原因,最终构建了表征截面含气量和分离效率之间关系的评价模型。     

脉动条件下旋流场内气液两相流流型及其转变机理

运用高速摄像技术对流量脉动条件下旋流分离器内气泡动力学行为及气液两相流流型展开研究。研究发现,在完整脉动周期内,流量在3.62~4.18 m³/h范围内波动,流量增大段的气核整体向溢流口方向运移,流量减小段的气核整体向底流口方向运移,气核大小及形态变化呈现周期往复性。通过脉动周期内特殊帧的分析,得出流量脉动条件下旋流场内气液两相流流型主要包括：气泡流、塞状流、弹状流、丝状流及波状流等五种形式。根据实验得出的气液两相折算速度,确定了脉动条件下气液两相流流型转换界限图,而气泡间的聚并破碎行为是产生气液两相流型的主要原因,最终构建了表征截面含气量和分离效率之间关系的评价模型。     

Local Measurement of Gas-Liquid Bubbly Flow with a Double-Sensor Probe

A double-sensor probe was used to measure local interfacial parameters of a gas-liquid bubbly flow in a horizontal tube. The parameters included void fraction, interfacial concentration, bubble size distribution, bubble frequency and bubble interface velocity. The authors paid special attention to the probe design and construction for minimizing measurement errors. Measures were also taken in the design of sensor ends for preventing corrosions in the flow. This is an effort to improve the current double-sensor probe technique to meet the ever-increasing needs to local varameter measurements in gas-liquid two-phase flows.     

新型洗涤冷却室内气液两相的分布特性

采用双头电导探针法对新型洗涤冷却室环隙鼓泡床内气液两相的局部气含率、气泡直径等分布规律进行了实验研究,并用Fluent商业软件对床层内气含率分布进行了模拟计算,模拟结果与实验结果吻合较好。研究结果表明：新型洗涤冷却室内部构件对环隙鼓泡床内气液两相的分布特性影响显著,气相分布更加均匀,液面波动更趋平稳,有效地减少了气体带水问题,相比国外技术具有更好的操作弹性。     

垂直放置矩形微通道内气液二相流流型研究

文章采用激光影像放大系统,对垂直放置的100μm×800μm矩形微通道内气液二相流流型进行了实验观测和研究,实验物系为乙醇-空气体系。根据实验结果绘制出流型转换图,并进行了分析和讨论。实验观测到弹状流、液环-弹状流、液环流、液环-分层流、分层流和波状流,而未观察到气泡直径小于微通道内径的气泡流,其中稳定的分层流文献中尚未见报道。     

子波分析识别环流反应器泡状结构实验

用热膜测速技术以高于对应最小湍流时间尺度的分辨率精细测量了环流反应器内气液二相流速度的时间序列信号,对气液二相流速度信号中自动识别泡状流结构进行了研究。用子波分析方法,将热膜测速仪输出的气液二相流混合速度信号在时域空间和频域空间同时进行时频双局部化多尺度分解,研究了气液二相流中液相流和泡状流结构的分尺度时域特征和分尺度能谱等统计特征,利用子波能谱分析的能量最大准则,提出了一种用子波变换自动识别气液二相流中泡状流结构的新方法。     

Ideality analysis and general laws of bubble swarm microflow for large-scale gas-liquid microreaction processes

The flow ideality of bubbly microflow remains unclear even though it is vital for the design of microreactors, especially the ideality of bubble swarm microflow for large-scale gas-liquid microreaction processes. This work is the first time to report the ideality analysis of the microbubble swarm in a relatively large microchannel. The bubble swarm microflow has undergone two conditions: quasi-homogeneous plug flow and liquid phase/gas-liquid quasi-homogeneous phase two-phase laminar flow. Both the deviations of void fraction and bubble velocity from the ideal plug flow can divide into two parts, and the two transition points simultaneously happen at the velocity ratio of 1.25. There exists a critical capillary number to maintain the quasi-homogeneous plug flow, which could be regarded as the general laws for the design of gas-liquid microreactors. Finally, a novel model is developed to predict the bubble velocity. This work could be very helpful for the large-scale gas-liquid microreactors design.     

矩形截面螺旋通道内气液两相流局部含气率分布实验研究

应用电导探针测量技术,对矩形截面螺旋通道内气液两相流局部含气率进行实验研究。在不同的气相折算速度下,应用电导探针测量了弹状流弹单元的长度,并与可视化方法进行对比,验证了电导探针的可靠性,并为信号处理选择合适的阈值。分别在泡状流、弹状流及环状流三种流型的条件下,分析了气相与液相折算速度对局部含气率分布的影响。实验结果发现,螺旋通道气液两相局部含气率呈非对称的抛物线形分布,这种非对称性受流型和液相折算速度的影响。     

注气孔位置对文丘里管式微气泡发生器成泡特性的影响分析

尽管文丘里管式微气泡发生器的注气口位置会对气泡在文丘里流道内的碎化特征产生直接影响,但迄今缺乏针对性的深入研究。通过可视化实验方法,对比分析了注气口分别位于喉管处（结构1型）和进水管处（结构2型）时的气液流型、气泡破碎特征以及成泡特性。实验表明,气、液相流量对结构1型微气泡发生器内的气液流型影响显著,初始成泡区域随液相流量增加,环状流或泡状流向弹状流转变,而随气相流量增加则由泡状流或弹状流向环状流转变;结构2型微气泡发生器则在此过程中始终为泡状流,其对操作工况的适应范围大于结构1型。在相同工况下,结构1型微气泡发生器的成泡Sauter平均粒径小于结构2型,但随着液相Reynolds数的增大,二者间的成泡平均粒径差值随之减小。分析原因是由于弹状流流型下,延伸至扩张段区域的弹型泡的表面积更大,能量转化率更高,气泡界面失稳碎化的程度更显著。随着液相Reynolds数的增大,初始成泡体积减小,湍流破碎机理作用占据主导,掩盖了由于界面失稳引起的气泡破碎。结构1型微气泡发生器的成泡能耗高于结构2型,并且随液相Reynolds数的增大,两者之间的差值随之增大。综合来看,结构2型微气泡发生器能够在低能耗下实现高效成泡,面向工程应用将更具优势。     

微通道内气液(液液)二相流的实验研究进展

综述了微通道内气液(液液)二相流的流型特征.微通道内气液二相流常见的流型为泡状流、弹状流、环状流和翻腾流;液液二相流常见的流型为液滴流、塞状流、平行流及环状流.分析了不同操作条件对气液(液液)二相流行为的影响.介绍了微通道内气液(液液)二相流流型判别谱图,对常用的弹状流、液滴流和塞状流进行了重点介绍.指出了微通道内气液...