微通道内液滴/气泡破裂动力学分析

微化学工程与技术是现代化学工程学科的前沿领域。微通道内液滴及气泡破裂动力学是决定多相过程并行微通道数目放大的基础与难点。破裂流型转换条件、界面动力学和尺寸调控等三方面是微通道内液滴与气泡破裂动力学的主要研究对象。讨论了对称微通道、非对称微通道、多级微通道、旁路微通道、含有障碍物的微通道内气泡和液滴破裂行为及影响因素,指出了目前微尺度下气泡与液滴破裂行为相关研究工作存在的不足,并对该领域未来的发展进行了展望。     

微气泡耦合生物反应器的研究进展

微气泡具有气液接触面积大、气体溶解速率快、上升速度慢和水中停留时间长等理化特征,非常适合于高气液传质效率需求的生物发酵过程。本文介绍了能够耦合生物反应器的几种微气泡发生装置,分别为微气泡分散器、微孔膜、流体振荡器耦合微孔膜和微气泡曝气搅拌桨;并简述了微气泡发生装置耦合搅拌式生物反应器、气升式生物反应器和生物膜反应器在生物反应过程的应用进展;最后回顾了二氧化碳微气泡在生物反应器的应用研究进展。指出微气泡耦合生物反应器的研究仍处于起步阶段,在放大规律和能耗方面仍处于研究空白。微气泡耦合生物反应器的发展对工业生物技术、石油化工、污水处理和资源再利用等的发展具有重要的意义。     

基于丝网探针的螺旋管内气液两相流气泡行为研究

核反应堆蒸汽发生器的传热面由螺旋管束组成。螺旋管的三维螺旋结构使得泡状流和塞状流等气液两相流中的气泡在重力、离心力和浮力等作用下在管道内部呈现不对称的相分布状态,两相滑移速度增大,显著影响换热性能并导致DNB型传热恶化难以预测。实验介质为空气-水,结合自主开发的电导式丝网探针技术并发展先进的数据后处理算法,实现了复杂流场的三维时空重构和离散气泡粒径的精细测量,获得了螺旋管内泡状流和塞状流的截面空泡分布规律。基于研究结果,可根据气泡分布规律对螺旋管道的几何结构进行调整以避免传热恶化,为螺旋管式蒸发器的安全设计提供了基础数据和优化思路。     

基于丝网探针的螺旋管内气液两相流气泡行为研究

核反应堆蒸汽发生器的传热面由螺旋管束组成。螺旋管的三维螺旋结构使得泡状流和塞状流等气液两相流中的气泡在重力、离心力和浮力等作用下在管道内部呈现不对称的相分布状态,两相滑移速度增大,显著影响换热性能并导致DNB型传热恶化难以预测。实验介质为空气-水,结合自主开发的电导式丝网探针技术并发展先进的数据后处理算法,实现了复杂流场的三维时空重构和离散气泡粒径的精细测量,获得了螺旋管内泡状流和塞状流的截面空泡分布规律。基于研究结果,可根据气泡分布规律对螺旋管道的几何结构进行调整以避免传热恶化,为螺旋管式蒸发器的安全设计提供了基础数据和优化思路。     

阶梯式T型微通道内有序气泡群的形成和流动特性研究

微流控技术制备微气泡因其过程可控、操作范围宽等特性而备受关注。选择阶梯式T型微通道作为微气泡生成的设备,利用高速摄像机研究了高气相含量下气泡群的自组装行为和流动特性,探索了液相体积流量、液相黏度、气相输入压力和通道宽度等因素对气泡群的影响规律。结果表明,只有当通道内的气相含量大于液相含量时才能形成有序的气泡群(气泡群晶体),且气泡群晶体在受限空间内能够沿着通道宽度或深度方向自组装成不同行数的结构。此外,系统研究了不同操作参数对气泡群晶体运动速度的影响规律。气泡群晶体运动速度随着液相体积流量变化的规律与气液两相的总体积流量变化规律一致。最后,提出了提升气液体系流动理想性的策略,并构建了预测气泡群晶体流动理想性的无量纲数学模型。     

文丘里管式微气泡发生器内单气泡碎化行为的数值模拟

文丘里流道内部流场及气泡破碎过程的正确表征是提升文丘里管式微气泡发生器成泡性能和对其进行结构优化设计的基础和前提。本文借助计算流体动力学（CFD）商业软件ANSYS Fluent中的VOF多相流模型,数值模拟研究单气泡在三维流场中的变形及破碎行为,揭示文丘里流道尤其是扩张段内的流场分布和气泡碎化过程,并对文丘里管式微气泡发生器成泡粒径分布不均匀的原因进行分析讨论。CFD数值模拟结果表明,气泡碎化发生在文丘里管式微气泡发生器的扩张段内,湍流耗散率越大,碎化生成微气泡的粒径越小。扩张段内中心区域的湍流耗散率远小于边壁区域,湍流耗散率径向位置分布的差异将直接导致所生成微气泡粒径分布的不均匀。在轴心线方向上,单气泡由进水管注入时的碎化程度强于由喉管处注入;在径向方向上,单气泡由进水管偏心位置注入时的碎化程度强于由中心位置处注入。进水管内安放带导流叶片的轴向静止起旋元件,不仅可提高扩张段的平均湍流耗散率,降低生成微气泡的平均粒径,而且可以降低径向湍流耗散率的标准差,增强扩张段内径向湍流耗散率的均匀度,进而提高所生成微气泡粒径分布的均匀程度。     

微纳米气泡控制膜污染研究进展

膜污染是阻碍膜分离技术大规模推广应用的主要问题之一,膜污染控制技术一直都是膜科学领域的研究热点.其中,基于气液两相流的膜污染防控技术已经得到了诸多研究和广泛应用.微纳米气泡因其不同于普通大气泡的独特物理化学性质,近年来在各个领域被广泛关注,而微纳米气泡控制膜污染的研究也日益活跃.文中综述了气液两相流控制膜污染技术的相关...     

矩形微通道内液相黏度对气泡界面的作用机制

利用高速摄像机对矩形微通道中不同黏度体系下气泡的形状及界面演变进行实验研究。实验观察到子弹状、棒槌状、平尾状和尖尾状四种气泡形状,其中液弹的挤压力控制气泡尾部由凸形变平形或凹形,而受限空间效应和液相黏性剪切导致气泡形状为贴近壁面的尖尾状。基于两相Ca数和气液流率比绘制了气泡形状分布图并建立形状转变模型。平尾状和尖尾状气泡均是由棒槌状气泡演变而来,转变距离分别随气泡上游液弹压力和液相黏性剪切力的增加而减小,并且均与气/液流率比呈幂律关系,幂律指数小于零。尖尾状气泡破裂发生在尖端且存在临界条件,根据Ca数和气液流率比提出了破裂条件的良好预测模型。本工作对于矩形微通道内气泡的流动与破裂调控具有重要的指导意义。     

气体入口角度和截面宽高比对微通道内泰勒气泡行为的影响

微通道的几何参数对于气泡或者液滴在其中的形成过程有着显著的影响。采用流体体积法(VOF法)研究了不同气体入口角度以及不同通道截面宽高比对微通道内气液两相流流动状况的影响。在所研究的操作范围内,各个微通道内的两相流流型均为泰勒流,并且在大多数情况下气泡长度分布均匀。在通道截面宽高比为0.5～2条件下,60°的气体入口角度有利于产生较短的气泡;如果通道截面宽高比达到4或8时,45°的气体入口角度更有利于形成较短的气泡。此外,随着通道截面宽高比的增大,通道内气泡的量纲1长度也随之增大,气泡长度分布的均匀性也逐渐变差。当通道截面宽高比增大到8时气泡长度分布变得很不均匀。     

固含率对沸腾床反应器气泡行为的影响

采用动态气体逸出法,在高7.0 m、直径0.3 m的有机玻璃塔中研究了固含率对沸腾床反应器内气泡行为特性的影响。在表观气速2.16~21.62 cm/s和固含率9.8%~39.0%（体积分数）范围内测定了反应器内的总气含率、大小气泡含率、大小气泡上升速度及其尺寸等参数。结果表明：总气含率随着表观气速的增大而增大,随着固含率的增大而减小。随着表观气速的增大,大气泡含率、大气泡直径及其上升速度均呈增大趋势;小气泡含率明显增大,但小气泡上升速度和直径趋于减小。随着固含率的增大,大气泡含率略有降低,但大气泡直径及其上升速度都明显增大;当固含率超过19.5%（体积分数）后,小气泡上升速度几乎下降为0;当固含率达到29.3%（体积分数）时,小气泡基本消失。     

Rushton搅拌釜内的气含率分布及其流动特性的模拟

利用雷诺应力模型结合多参考系法模拟了Rushton气液搅拌釜内的气液流动特性,得到了不同截面处气含率大小分布规律,并与γ射线CT实验所测得的结果做了比较,发现除排出流区CFD模拟值与实验值相差较大外,上循环区与下循环区都吻合得较好;结果表明排出流区的气含率最高,在搅拌桨高速旋转下,流体沿叶片端面急速排出,湍动也十分强烈...     

洗涤冷却室气液两相流的模拟及结构优化

洗涤冷却室是激冷式煤气化炉的重要组成部分,对气化室内生成的高温合成气进行降温及洗涤。目前的洗涤冷却室在工业上依然存在诸多问题,如液位及压力波动较大、装置运行不稳定、洗涤效率不够高等,需要对其结构进行优化改进。采用三维欧拉-欧拉模型对三种不同结构的洗涤冷却室进行了CFD模拟。三种洗涤冷却室的结构分别为无内构件、含有支管内构件及新型耦合支管与导流筒内构件。与文献实验数据的对比表明,模型能较准确地预测洗涤冷却室内的气含率分布。支管的加入分流了部分气量,使部分气体能够从鼓泡区域中心上升,促进了气体的径向扩散,有助于维持装置的稳定运行;而导流筒内构件的加入增大了支管气体分流的比例,提升了洗涤冷却室液面下的全局气含率,增强了气液回流,从而进一步强化洗涤效果。     

曳力模型和湍流模型对内环流反应器数值模拟的影响

研究了曳力模型和湍流模型对气升式内环流反应器流体力学参数的影响,进一步证实了DBS-Local曳力模型在气升式内环流反应器中的适用性。结果表明：曳力模型决定了是否可以模拟出下降管中的气体;而曳力模型和湍流模型共同作用,决定了气含率模拟结果的准确性。Schiller-Naumann、Tomiyama、Grace、Ishii-Zuber这4种曳力模型均无法预测出下降管含气这一现象,而DBS-Local曳力模型能够模拟出下降管中的气体。DBS-Local曳力模型与standard k-ε mixture湍流模型组合,对气含率的预测值与实验值较为接近,而与RNG k-ε dispersed湍流模型组合,对轴向液速的预测值与实验值更为接近。     

Electrodiffusional flow diagnostics in a centrifugal pump

This paper presents electrodiffusional measurements of the wall shear rate at the impeller surface of a radial centrifugal pump. Twelve probes of different radii and at different positions along one blade were used in a pump with an open six bladed impeller. By means of throttling and speed control the operating point of the pump was adjusted and the influence on the wall shear rate was studied. The measurements were related to the analytical solution for a free rotating disc and the shear gradients were in the same order of magnitude.     

离心泵的故障原因及排除方法

车间泵类主要为离心泵,其检修频率和检修费用都比较高。介绍了离心泵的工作原理,分析了离心泵故障产生的原因,提出了相应的故障排除方法。     

中比转数离心泵内部流场的三维数值模拟

基于全三维不可压缩雷诺时均方程和RNGk-ε湍流模型,采用压力-速度隐式修正SIMPLEC算法,应用FLUENT软件中提供的多重参考系模型(MRF),对具有扭曲叶片的中比转数离心泵内三维不可压缩湍流流动进行数值模拟,探讨泵流道内的压力及速度分布规律,揭示泵内的回流、高速、高压流动现象.结果表明:扭曲形叶片汽蚀性能较好,但靠近隔舌流道内的回流、叶片流道内的局部高速和高压流场会影响离心泵效率,对隔舌和叶轮叶片结构进行优化是提高中比转数离心泵效率的途径之一.     

高炉焦炭层区渣、铁滞留特性的冷态模拟

为阐明高炉下部熔融物的滞留特性,对填料床内液体的滞留量进行了冷态模拟实验研究,考察了液体的粘度、密度和表面张力、填料的粒度和形状及液体的流速等影响因素. 结果表明,液体的粘度越大、表面张力越大、密度越小,则静态滞留量hs越大. 它们的影响程度为密度>表面张力>粘度. 填料的粒度、形状系数和孔隙度越小,则hs越大. 液体流量增加时,hs大的固液组合总滞留量ht仍然较大,因此影响hs的各种因素也是影响动态滞留量hd的主要因素. 得到了无气体流动条件下的hs和hd及气液逆流条件下载点至泛点间ht的计算式,计算结果与实验数据吻合较好. 对于实际过程,不考虑煤气流影响时,高炉内熔融物滞留量的大小由hs决定,焦炭粒度对hs的影响最大.     

新型填料密封在离心泵上的应用

介绍了一种新型填料密封的密封原理、特点和在离心泵中的使用方法，应用表明采用该填料密封可节省能源，减少维修费用。     

基于截面气含率的文丘里湿气压降模型

运用两相流理论对湿气中的气相与液相流动进行分析,在分层流与环雾状流的条件下推导了两相流通过水平标准文丘里流量计的理论模型.通过分别考虑截面气含率、相间摩擦以及液滴夹带等因素,在文丘里轴向对湿气流动中的气相动量方程进行求解.通过对水平直管中的截面气含率公式进行修正,建立了适用于收缩管道的截面气含率模型,并在此基础上模拟了湿气流经标准文丘里时其两个取压孔之间的轴向静压分布.实验证实,使用修正后的截面气含率公式将使模型对文丘里压降的预测准确度明显提升,其相对误差在15%以内.该模型以湿气两相流在水平文丘里中的流动形态为依据,具有较充分的物理背景,而且在推导过程中较少依赖特定实验装置与数据,为建立具有一定普适性的文丘里湿气计量模型奠定了基础.     

多级离心泵设计使用维修技术要点

简述了多级离心泵的基本结构,从设计、使用与维护、拆卸与维修等方面探讨和总结了多级离心泵的关键技术、常见问题和改进措施。