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。     

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。     

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。     

润滑管道内油气两相流压力脉动特性分析

润滑油在工作过程中经常会由于自身溶解或外部进入空气而产生气泡,影响其润滑特性。因此,研究润滑系统中的气液两相流动特性具有重要意义。为了解含气润滑油在流动过程中的压力脉动特性,本文采用 ANSYS_CFX对一润滑管道实验装置内油气两相流动进行数值模拟,将不同工况下的压力计算结果与实验数据作对比,验证了数值计算方法的合理性,然后分析了管道不同位置的压力脉动以及流量对压力脉动的影响。计算结果表明,流动开始,油与空气的分界面受到扰动使得空气逐渐进入油中,形成油气两相流;沿着流动方向,管道截面上的平均压力的脉动振幅先增大后减小,最大值位于紧邻泵出口的监测面;两相流动中气泡受泵的搅拌作用破碎形成连续且均匀的小气泡,使出口管道内流动所受冲击更小,压力脉动相对较小;随着流量增加,压力脉动的周期减小,振幅增大。     

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 k Hz,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。     

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。     

剪切对PP/HDPE共混体系微孔发泡成型的影响

在熔体流动方向垂直叠加一个轴向脉动剪切,研究转子转动产生的剪切和轴向脉动剪切对PP/HDPE共混体系微孔发泡成型的影响。研究结果表明,随着转子转速增加,泡孔尺寸减小,气泡成核密度增大。但是转子转速过快,泡孔沿剪切的方向被拉长,泡孔取向严重,泡体质量变差。在熔体流动方向垂直叠加一个轴向脉动剪切以后,泡孔的取向现象减小,泡孔逐渐趋于圆形,泡孔结构得到改善。而且随着振动振幅和频率的增加,泡孔直径减小,泡孔密度增加。     

无胶须轮胎模具弹簧气孔套进气段结构对喷射流动参数的影响

基于计算流体动力学技术,利用大型流体工程计算软件CFX15. 0,模拟研究无胶须轮胎模具弹簧气孔套进气段结构对喷射流动参数的影响。结果表明:在相同弹簧行程下,随着阀杆锥角增大,流阻因数先减小后逐渐增大,而在相同阀杆锥角下,流阻因数则随弹簧行程增大而总体减小;阀杆锥角和弹簧行程对流量系数和出口端流量的影响则相反。本研究获得最佳喷射流动参数的条件为:弹簧行程小于(大于)0. 2 mm时,阀杆锥角取65. 4°(69. 4°)。     

水平管泡状流相分布特性

<正>气液两相泡状流的主要特征是连续液相中携带散布其中的细小气泡,气泡的存在不仅对气液两相流的传热、传质及阻力特性有很大的影响,而且对两相流动的稳定性也有很大的影响.前人有关泡状流的研究大多偏重于两相流的平均参数,对于两相流局部统计参数如局部空隙率等参数的变化规律是近年来两相流研究的新趋势.对于垂直管内的流动已经积累了相当数量的数据,而同样有广泛应用的水平管内相分布规律还知之甚少.气泡对气液两相流的传热、传质及流动结构影响机理的研究必须以了解相分布及气泡的局部统计参数为前提,同时对相分布特性的深人研究也为气液两相流的数学模型化提供实验依据.本文以空气、水为工质,研究水平管内气液两相流的相分布特性,给出了典型泡状流的时域信号图,研究了相分布随气液两相流量的规律变化,并与前人的有关结果进行了比较.     

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。     

毛细管内多相脉动流动的格子-Boltzmann模拟

基于伪势模型理论,建立毛细管内汽液两相工质脉动流动的等温格子-Boltzmann模型。将利用该模型取得的静态液滴形态以及表面张力、大空间和窄空间内气泡浮升运动时的形态模拟结果与文献的研究结果进行对比,验证了模型的可靠性。对毛细管内泡状流和柱塞流两种流型在边界正弦压力波作用下绝热脉动流动情况进行了数值模拟。通过模拟研究了毛细管内不同压力波振幅下液相Reynolds数和气泡位移幅度周期性变化规律;获得了汽液界面形态在脉动过程中的变化;观察到在边界液相速度方向发生改变时,边界附近区域的Reynolds数振荡现象;分析了重力对脉动运动过程的影响。模拟结果为分析以毛细管为主要构件的脉动热管内汽液两相工质的工作过程提供了一定依据。     

管外降膜湿润能力的实验研究

在不同进液流量、进液高度、进液孔径、管径和倾斜角下,用图像法测量了光滑圆管外壁液膜湿润长度,研究了各参数对液膜湿润能力的影响. 结果表明,随进液流量增大,液膜湿润能力先增大后稳定在一个固定值. 研究进液高度对湿润能力的影响时需考虑液膜的流型,流型为柱状流时,液膜进液高度对液膜湿润能力的影响较小;流型为柱状?片状流时,随进液高度增大,液膜湿润能力先减小后不变;流型为片状流时,液膜湿润能力达到饱和. 研究进液孔径对湿润能力的影响时需考虑液膜的流型,流型为柱状流时,液膜湿润能力随进液孔径增大先增大后减小,变化幅度较小;流型为柱状?片状流和片状流时,液膜湿润能力随进液孔径增大而减小. 一定流量下,管径越大,液膜湿润表面积越大,湿润能力越差. 受倾斜角度的影响,液膜湿润长度不再沿进液柱对称分布,湿润能力出现下强上弱的分布规律.     

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.     

基于MUSIG模型的低温流体过冷沸腾数值模拟

在低温泡状流中,鉴于液相中离散的气泡尺寸大小不一,文中将MUSIG模型应用于低温流体过冷沸腾计算中。通过模拟液氮在竖直圆管内过冷流动沸腾过程,对各尺寸组气泡的分布、轴向空泡份额的分布规律及流动不稳定性进行了分析。计算结果表明:各尺寸组气泡在壁面和中心区呈现不同的分布规律;平均空泡份额沿轴向呈非线性递增变化;由于流型的转变,管内压降将出现突变。     

吹气发泡法制备闭孔泡沫铝发泡过程的三维数值模拟

吹气发泡法制备闭孔泡沫铝的过程实质上是搅拌流场中复杂的两相流动过程,应用计算流体力学方法分析由倾斜轴倾斜叶片引起的发泡熔池内气液两相强旋湍流流动过程. 在双流体模型基础上引入多重参考系法描述搅拌两相流场,通过分析相间相互作用及湍流模型进行封闭. 解气泡数密度函数的输运方程来分析气泡聚合和破碎引起的气泡尺寸变化. 应用体积积分的方法,计算平均及局部气含率及气泡直径. 考察了桨叶转速及气体流率对气泡直径及其分布的影响. 结果显示,气含率随桨叶转速和气体流率增加而增大;气泡直径随气体流率增加而增大,随桨叶转速增大而减小.     

Lightnin静态混合器内气泡分散流体动力学特性实验研究

以Lightnin静态混合器（LSM）内水-空气气液两相体系为研究对象,在连续相水表观速度U_L=0.071~0.127 m/s和离散相空气表观速度U_G=0.007~0.042 m/s的条件下,研究内径100 mm的LSM内气液两相湍流流动阻力与气泡分散水动力学行为。使用分辨率为1920×1080的高速相机Revealer-2F04M采集混合器内不同轴向窗口的气泡群演化过程。结果表明：当U_L<0.085 m/s和U_G=0.025~0.042 m/s时,LSM内的流型为泡状流。随着气泡群流经混合元件数的增加,气泡群的Sauter平均直径d₃₂逐渐减小。当液体表观速度U_L≤0.085 m/s时,Sauter平均直径d₃₂随气体表观速度的增加先减小后增大;U_G =0.028 m/s时d₃₂达到局部最小值,53%的气泡直径d_B/D₀在0.02~0.05范围内。Sauter平均直径、内径与无量纲停留时间τ之间的关系满足d₃₂/D₀=0.031τ^-0.14We^-0.41。平均气含率α的增大显著增加了单位体积内气泡数量密度,加剧气泡与元件表面碰撞频率,增大旋涡二次流强度,导致摩擦系数显著降低;采用Lockhart-Martinelli方法对实验数据回归,得到气液两相流压降预测常数C的关联式：C=5.26×10⁵U_G^-0.91/Re^0.74。     

加压二维鼓泡床气固流动特性的数值模拟

采用欧拉双流体模型模拟了加压下二维鼓泡床内的气固流动特性,结果表明:在相同的表观气速下,加压使气泡体积分数增大,气泡相与乳化相间的分解越发明显,气固两相流动、混合剧烈;同时,床层中上部颗粒轴向速度的径向分布不均匀性增强:中心区颗粒速度增加,近壁区下降;随着操作压力变大,流化床膨胀高度增大,相应地,整体气含率增大,床层下部的颗粒浓度减小,而上部颗粒浓度增加,固含率在轴向上的分布更均匀;床层压力波动主要由两种成分构成:低频率高幅值和低幅值高频率成分.压力脉动强度随床高的增加呈现先增大后迅速减小的趋势;此外,加压下床层压力脉动强度变大,即床压波动更加剧烈;而且加压下颗粒拟温度增大,即颗粒速度脉动增强.     

Lightnin静态混合器内气泡分散流体动力学特性实验研究

以Lightnin静态混合器（LSM）内水-空气气液两相体系为研究对象,在连续相水表观速度U_L=0.071~0.127 m/s和离散相空气表观速度U_G=0.007~0.042 m/s的条件下,研究内径100 mm的LSM内气液两相湍流流动阻力与气泡分散水动力学行为。使用分辨率为1920×1080的高速相机Revealer-2F04M采集混合器内不同轴向窗口的气泡群演化过程。结果表明：当U_L<0.085 m/s和U_G=0.025~0.042 m/s时,LSM内的流型为泡状流。随着气泡群流经混合元件数的增加,气泡群的Sauter平均直径d₃₂逐渐减小。当液体表观速度U_L≤0.085 m/s时,Sauter平均直径d₃₂随气体表观速度的增加先减小后增大;U_G =0.028 m/s时d₃₂达到局部最小值,53%的气泡直径d_B/D₀在0.02~0.05范围内。Sauter平均直径、内径与无量纲停留时间τ之间的关系满足d₃₂/D₀=0.031τ^-0.14We^-0.41。平均气含率α的增大显著增加了单位体积内气泡数量密度,加剧气泡与元件表面碰撞频率,增大旋涡二次流强度,导致摩擦系数显著降低;采用Lockhart-Martinelli方法对实验数据回归,得到气液两相流压降预测常数C的关联式：C=5.26×10⁵U_G^-0.91/Re^0.74。