Electric characteristic and cavitation bubble dynamics using underwater pulsed discharge

Underwater pulsed discharge is widely applied in medicine, machining, and material modification. The induced cavitation bubble and subsequent cavitation collapse are considered the major motivations behind these applications. This paper presents an underwater pulsed discharge system. The experimental setup is established to induce and investigate the cavitation bubble assisted with a high-speed camera. Three aspects, including the characteristic of the discharge with different applied voltages and conductivities, the evolution of the cavitation bubble profile, and the energy efficiency of cavitation bubble inducing, are investigated, respectively. Especially, the mechanism of pre-discharge time delay in the low field intensity case is explained using the Joule heat effect. The results show the validity of the underwater pulsed discharger and experimental setup. The present underwater pulsed discharger is proved to be a simple, portable, and easy-to-implement device for the investigation of cavitation bubble dynamics.     

Effect of wall wettability condition on drift-flux parameters in lead–bismuth two-phase flow in circular and annular bubble columns

Lead–bismuth two-phase flow in a cylindrical vessel and annulus was experimentally investigated by varying the surface wettability of the vessel wall. The test section used in this study was a cylindrical stainless vessel with/without inner sleeve to change the hydraulic diameter. Volume-averaged void fraction was measured by varying the surface wettability of the test section, which was enhanced by using a soldering flux. Measured void fraction was compared with existing two-phase flow correlations and with one-dimensional theoretical simulations assuming one-dimensional drift-flux model. From experimental results, measured distribution parameters of the lead–bismuth two-phase flow are much larger than that of ordinary two-phase flow regardless of the surface wettability. In the present work, the one-dimensional analysis was carried out for the cylindrical vessel to reproduce the distribution parameter. From the simulation results, predicted value for the cylindrical vessel showed good agreement with experimental results. However, in annulus, the distribution parameters in annulus were underestimated by the present model. It was suggested that, in case of annulus, steeper void fraction profile might be formed near the inner surface for poor wettability condition.     

基于微液层模型的单汽泡生长数值模拟研究

核态沸腾换热在传热传质方面有着重要的作用,其发生机理和传热传质过程仍是研究的重点。随着实验手段的提高,微液层模型得到了广泛的关注。通过对微液层中传热传质的分析,建立了微液层厚度与热流密度和气化率之间的关系。利用界面扩散法对汽液相界面进行追踪,并在汽泡与加热壁面之间构建微液层模型,研究在核态沸腾条件下,微液层的变化对汽泡生长和加热壁面温度分布的影响。结果表明,数值模拟得到的汽泡生长过程和加热壁面温度分布与实验结果吻合得很好,初步验证了模型的正确性。并通过数值模拟,进一步分析了汽泡生长过程中微液层、干性区域和汽泡底部半径的变化规律以及壁面温度的分布情况。     

基于LB方法的管内流动沸腾传热模拟

为研究竖直管内流动沸腾的传热情况及气泡行为学,采用格子玻尔兹曼（LB）方法,利用改进后的伪势模型和热模型分别模拟流动和传热过程。为验证模型的合理性,对模拟结果与经验关系式进行了定量对比。之后对气泡行为对沸腾传热系数的影响进行了研究,结果表明,随着气泡的核化、生长、滑移和脱离,传热系数呈现周期性波动。最后考察了重力加速度对气泡行为和沸腾传热的影响,重力越大,气泡生长周期越短,沸腾传热系数越大。     

低阶煤煤泥油泡浮选技术研究

采用烃类油蒸发制造油气,将油气通入浮选柱气泡发生器的吸气口,生成油泡.对低阶煤煤泥进行油泡柱浮选试验,试验结果表明:油泡对低阶煤煤泥具有强捕收能力与高选择性,分选指标较好.将油泡浮选技术用于工业浮选柱分选,可有效降低浮选捕收剂用量,浮选泡沫层稳定,分选指标好.油泡浮选技术在低阶煤煤泥浮选提质中的应用,为低阶煤煤泥的资源...     

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。     

竖直加热壁面上汽泡脱离及浮升点汽泡直径预测模型

针对汽泡在脱离点和浮升点的力平衡特点,根据受力分析结果对汽泡的动量平衡方程进行了简化。提出了汽泡在竖直加热壁面上脱离和浮升的判据。采用Thorncroft的实验数据进行检验,结果发现,汽泡的脱离及浮升直径预测值与实验值误差在±20%以内。模型分析结果表明,向上流动的汽泡脱离直径随平均流速的增加而减小,随壁面过热度的增加而增加;向下流动情况大致相同;但由于流动曳力对汽泡脱离的作用和浮力的作用相反,从而导致了在02～03 m·s-1流速范围内出现汽泡不脱离的现象。在向上流动条件下,由于汽泡脱离核化点后的滑动方向和主流方向一致,从而使得汽泡与流体间的相对速度减小,使浮升直径大大增加;向下流动时,汽泡浮升直径随平均流速和壁面过热的关系与脱离直径的变化趋势基本一致,但与壁面过热的关系没有脱离直径的明显。     

用单元胞模型数值模拟气泡群中气泡的运动

用数值方法模拟了气泡群中Reynolds数为50的气泡的运动,以单元胞模型体现气泡群中气泡间的相互作用。数学模型用完全的流体力学方程、以流函数-涡度为变量来描述变形气泡周围的液体流动,控制方程在贴体正交坐标系中、以有限差分法离散后数值求解。模拟结果表明,气含率对气泡阻力系数和气泡偏心率有很大的影响,与理论分析较符合。但单元胞模型预测的阻力系数与基于爬流中球形气泡的理论值相比,在数值上偏高很多。采用无剪切为外边界条件比用无涡度为外边界条件的模型预测更接近理论公式。预计单元胞模型经进一步改进后可成为处理气泡群的有效工具。     

浮选法对非晶微硅粉提纯效果的研究

为确定效果最优的纳米石英浮选工艺条件,采用浮选法对微硅粉分离提纯,考察了捕收剂用量、不同金属阳离子活化剂种类、矿浆pH值、搅拌强度、引入纳米气泡等条件对纳米石英提纯效果的影响.结果表明:在浮选机转速为2 000 r/min、矿浆pH值为12、捕收剂(油酸钠)用量为1.5g/L、活化剂(CaCl2)用量为5×10-3mo...     

基于小波变换的鼓泡塔内气液两相湍流多尺度结构分析

在φ476 mm的鼓泡塔内,以0.1～1 m·s-1的高气速,利用Pavlov管测量塔内不同位置液相轴向速度,通过能谱分析发现,在空间区域上采用该方法测得的速度时间序列可分为含能尺度区和惯性子区,再借助7尺度Daubechie2小波分析的方法实现湍流量化指标如局部间歇性测度、间歇指数、尺度能量、涡旋尺寸等的评估.实验结果表明,高频和低频尺度下LIM峰分布表明湍流相干结构和大涡旋与小涡旋串级结构的存在.各小波尺度能量的比较说明,气速增大,高频和低频尺度的能量均增大,其中,含能尺度区间的能量占总能量的97%以上.不同尺度涡旋尺寸的计算证实了接近于塔内径最大涡旋的存在.进一步分析表明,塔壁处的涡旋尺寸约为塔中心处的2倍,含能尺度区间的涡旋尺寸为0.03～0.35 m,气速对涡旋尺寸的影响可以忽略.湍流量化指标的分析有助于揭示湍流中的隐含结构以及高气速下鼓泡塔内湍流流动规律.