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.     

全浓度范围下醇类表面活性剂对气泡聚并影响的实验研究

通过实验测量不同醇类表面活性剂在全浓度范围下的气泡聚并时间,进而研究表面活性剂种类及其浓度对气泡聚并的影响。结果表明,加入醇类表面活性剂后,相比于纯液体体系,气泡聚并受到明显抑制,液膜更加稳定,气泡聚并时间延长。低浓度范围内,气泡聚并时间随着表面活性剂浓度的升高显著增长,而在高浓度范围内,气泡聚并时间随着浓度的升高显著缩短。醇类表面活性剂对气泡聚并的抑制作用存在临界浓度。实验测得异丙醇和乙醇对气泡聚并抑制作用最强时对应的临界摩尔分数,分别为0.0030和0.0096。此外,对比不同醇对气泡聚并的抑制作用,发现长碳链醇由于更强空间力而具有更强的抑制气泡聚并能力。最后根据Andrew模型分析表明,表面张力梯度是体现表面活性剂抑制气泡聚并能力的主要因素之一。     

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。     

双孔连续出流气直接接触泡聚并行为数值模拟

气泡作为气液流体行为和传递特性的最基本元素,其聚并的运动特性对于化工、石油等工业具有重要作用。本文基于VOF对双孔连续出流气泡直接接触式聚并行为进行数值研究,揭示了聚并演变机理,考察了孔间距、进气速度、液面高度对聚并行为的影响。结果表明:气泡初始纵横比随进气时间增加而减小,聚并时突然增大,气泡开始聚并时刻与进气速度负相关;气泡脱离时间与孔间距、进气速度均负相关,液面高度对入口气泡聚并行为影响不大。     

毛细管中泰勒流液侧传质特性及其强化机理的CFD模拟

采用计算流体力学（CFD）的方法,研究了圆管中泰勒流的液侧传质特性,分析了泰勒气泡上局部传质特性,并研究了气泡上升速度、液膜长度和液栓长度对液膜处和气泡半球帽处平均传质系数的影响。结果表明,泰勒气泡表面局部传质系数存在3个峰值,液膜处的平均传质系数随气泡上升速度增大显著增大,随液膜长度增大而减小,而半球帽处的平均传质系数随气泡速度和液膜长度的增大变化较小,即膜接触时间增加时,液膜处的传质系数降低,而半球帽处传质系数变化较小。另外,引入场协同原则对单元胞内速度场和浓度场进行分析,解释了局部传质特性及强化机理。最后,给出了分别预测短和长膜接触时间下泰勒流液侧体积传质系数的关联式,该式在较宽的管径尺度范围（0.25～3 mm）内的预测误差在±20%以内。     

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。     

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。     

高温大气泡群对艉流的聚并作用机理

在气泡群平衡方程模型的基础上,根据高温尾气在海水中形成的气泡群特点及气液间特定的传热传质过程,建立了高温大气泡群对尾流微气泡的聚并模型,求解了气泡间聚并效率并进行实验验证.结果表明,气泡聚并临界半径为1 mm,半径低于临界半径时,聚并效率随大气泡尺寸增加明显提高;气泡半径高于临界半径时,规律相反.聚并效率随大气泡数密度增大呈台阶式增长.大气泡数密度与尾流微气泡总数密度大致相同时,可达到较理想的聚并消泡效果.     

相间传质对气泡聚并过程影响的实验研究

设计了一套双气泡聚并实验系统,考察了相间传质对气泡聚并过程的影响,气相采用非相变的N2,液相为挥发性的丙酮和乙醇水溶液. 利用该系统测定了25~50℃温度下,不同组分浓度、鼓泡频率和气泡直径时气泡的聚并特性. 结果表明,相间传质诱导的Marangoni效应使聚并时间随温度升高呈先减小后增大的趋势,聚并时间的分散性在较高温度下显著增大,采用聚并效率描述气泡聚并特性更合适;聚并效率在温度升高到一定程度后开始降低并趋于最小值,该值随溶液浓度增加而减小,稳定因子可定量描述Marangoni效应;鼓泡速率和气泡直径增加1倍,最小聚并效率分别减小50%和67%.     

小液滴在水平液液界面上的聚并

对纯净系统中的小液滴在水平液液界面上聚并时的薄液膜排液过程进行了理论分析，研究两相物理性质、范德华力、界面切向运动对聚并速率的影响，得到了计算聚并时间的公式．理论预测与实验结果符合良好．     

相转化法制备聚砜膜研究进展

系统概述了相转化法制备聚矾膜时聚矾含量、添加剂、凝固浴及铸膜液在空气中的蒸发时间对其结构和性能的影响。随着聚矾含量的增加,膜结构从疏松向致密转变;在铸膜液中添加适合的添加剂可制备适当结构和渗透性能的聚矾膜;在凝固浴中添加适量的溶剂,可有效抑制膜内大孔结构的形成;空气中蒸发时间的增大时,膜表面趋于疏松,当增加到一定程度后基本趋于稳定。还综述了相转化法制备聚矾膜时聚矾含量、添加剂、凝固浴及铸膜液在空气中的蒸发时间对其结构和性能的影响。     

纯水静态闪蒸起始阶段气泡群时空分布规律的实验研究

设计搭建了静态闪蒸实验台,利用高速摄像对不同压降速率下纯水静态闪蒸起始阶段气泡群的时间和空间分布规律开展了实验研究。实验中液膜初始厚度为0.2 m,压降速率为0.27～0.64 MPa·s-1。实验结果表明:气泡群主要出现在压力陡降段。在时间分布上,压降速率越大,气泡群出现的时间越早,气泡数目增长越快,且气泡群数目达到最大值所需要的时间越短。在空间分布上,气泡数量随深度呈现了"缓增-陡增-缓增"的增长趋势;压降速率越小,气泡分布越集中;相同深度范围内,压降速率越大,气泡数量越多;至压力陡降段结束时刻,气泡群相对数量随液膜深度的增大有峰值存在。最后,根据实验结果拟合了气泡群时间和空间分布规律的实验关系式,其计算值与实验值吻合良好。     

纯水静态闪蒸起始阶段气泡群时空分布规律的实验研究

设计搭建了静态闪蒸实验台，利用高速摄像对不同压降速率下纯水静态闪蒸起始阶段气泡群的时间和空间分布规律开展了实验研究。实验中液膜初始厚度为0.2 m，压降速率为0.27～0.64 MPa·s^-1。实验结果表明：气泡群主要出现在压力陡降段。在时间分布上，压降速率越大，气泡群出现的时间越早，气泡数目增长越快，且气泡群数目达到最大值所需要的时间越短。在空间分布上，气泡数量随深度呈现了“缓增-陡增-缓增”的增长趋势；压降速率越小，气泡分布越集中；相同深度范围内，压降速率越大，气泡数量越多；至压力陡降段结束时刻，气泡群相对数量随液膜深度的增大有峰值存在。最后，根据实验结果拟合了气泡群时间和空间分布规律的实验关系式，其计算值与实验值吻合良好。     

装配水平筛板的气升式反应器中气液传质特性的数值模拟

利用Turbulent–Lehr组合模型对装配水平筛板的气升式反应器进行了计算流体力学(CFD)模拟,研究水平筛板对气含率、气泡直径、体积传质系数(kLa)和气液流速的影响。结果表明,筛板对气相的囤积作用和对液相的阻碍作用增加了反应器的整体气含率。筛板对气相的二次均布作用减弱了筛板和液面之间区域的气泡聚并过程,筛板筛孔对气泡的破碎作用产生了大量小于初始直径的气泡,增加了气泡比表面积(a);筛板对液相的阻碍作用提高了筛板附近的气–液相流动速度差,从而提高了该区域的液膜传质系数(kL),强化了反应器内的气液传质效果。     

不同管口浸没方式下气泡生成行为特性

对三种管口浸没方式下气泡生成行为过程进行可视化实验和三维数值模拟。对比分析了管口浸没方式、管口直径、气体流量等因素对气泡生成形态、气泡脱离直径、气泡膨胀脱离时间以及气液流场速度的影响。实验与数值模拟取得较为一致的结果。研究发现,气泡生成过程可分为单气泡生成和双气泡生成聚并两种模式,两者之间存在明显的气泡脱离形态转折点;三种管口浸没方式下,气泡脱离直径均随着管径和气体流量的增大而增大;气泡膨胀脱离时间随管径的增大而增加,而随气体流量的增加先急剧下降然后趋于平缓;在底吹和侧吹方式下,气泡长短轴比C值分别在0.75和1.1附近波动,其最终脱离形式均接近于球形;而顶吹方式下,C值在1.5附近波动,气泡脱离形态为椭球形。关键词:气液两相流;气泡;数值模拟;浸没方式;脱离直径     

Experimental investigation on bubbling behavior in anode channel of passive DMFC

将被动式DMFC阳极通道内气泡形成过程简化为CO₂气体注入充满静态甲醇溶液中形成气泡的过程。利用可视化实验研究了气体垂直注入静态甲醇溶液中形成气泡以及气泡脱离的过程,考察了气体流量、液层高度、孔径大小、甲醇浓度对气泡形成及长大脱离过程的影响。结果表明：在气泡的生长过程中,接触角先是快速下降后又迅速上升,然后趋于稳定值直到脱离。随着气体流量的增加,脱离时气泡的直径变化甚微,脱离时间先下降较快后趋于稳定。随着液层高度的增加,气泡的脱离直径变小,产生的频率加快,脱离时间先是减小后趋于稳定;气体流量在此条件下对脱离时间的影响减弱。随着孔径的增加,气泡的脱离直径增加,产生气泡的频率减慢,气泡的脱离时间减小。随着甲醇浓度的增加,气泡的脱离直径变小且波动明显,气泡产生的频率变快,脱离时间先是减小后趋于稳定,对低浓度的溶液影响较为明显。     

R-113池沸腾气泡行为的可视化及传热机理

利用ITO透明加热膜和高速摄影仪,对制冷工质R-113在压力为0.1 MPa的池沸腾的气泡行为进行了可视化研究.利用高速摄影仪观察得到了不同热通量下气泡的生长、脱离以及相邻气泡之间的合并情况.实验结果表明,随着热通量的升高,气泡的脱离时间减小,而加热壁面的汽化核心密度增大.文中给出了气泡的脱离时间、脱离直径以及汽化核心密度随热通量的变化曲线.在实验过程中,并没有观察到气泡底部的微液层在蒸干过程中有液体补充.最后,利用动态微液层模型对R-113的池沸腾换热曲线进行了预测,并将预测结果和实验结果进行了对比,结果显示,预测结果与实验结果符合较好.     

添加剂对聚偏氟乙烯成膜过程的影响

以聚偏氟乙烯(PVDF)为膜材料,聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为添加剂,N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)为溶剂,采用浸没沉淀相转化法制备聚偏氟乙烯超滤膜。本实验主要研究了添加剂聚乙烯吡咯烷酮对铸膜液黏度的影响。通过浊点测试分析了铸膜液体系的热力学性质。同时对添加剂与熟化温度、熟化时间对铸膜液及膜性能的影响做了初步的探讨。     

泡状流中水合物生成预测模型及实验

针对可燃冰钻采井筒内易发生水合物生成和堵塞的工程问题,本文开展了泡状流条件下甲烷水合物生成实验,发现流速增加会提高水合物生成速率,黄原胶质量分数的增加会降低水合物生成速率。基于传质理论,构建了适用于可燃冰钻采井筒内泡状流条件下水合物生成预测模型,模型考虑了连续相流体流变性、气泡破裂、聚并和形变等因素对泡状流中气液界面分布和气液间传质规律的影响,并耦合实验数据,提出了气泡群间的综合传质系数经验公式,用于描述气泡间相互作用对气液间传质速率的影响。对比实验结果,所建立模型对水合物生成量和水合物生成速率的预测误差分别在±5%和±15%以内,满足工程计算需求。该模型的构建有助于精准预测油气和可燃冰钻采井筒内水合物风险,为建立经济、高效的井筒水合物防治方案奠定理论基础。     

加入第二液相强化气液传质

以水吸收二氧化碳为研究体系,考察了第二液相(有机相)的加入对气液传质的增强作用.运用经验关联式,对气泡平均直径进行了预测,应用渗透模型计算并讨论了第二液相的加入对气液接触界面积、体积传质系数的影响.实验结果表明:不同搅拌速度对气泡大小影响不同,适宜的搅拌速度有利于传质;少量的第二液相的加入减少了气泡聚并现象,增大了气液接触界面积.气液传质增强效果用增强因子表示.