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特征时间对剪切稀化流体气泡上浮特性的影响

化工进展 2021年第5期40卷 2440-2451页

作者：胡波庞明军常州大学机械与轨道交通学院江苏省绿色过程装备重点实验室江苏常州213164

非牛顿气液两相流广泛存在于工农业生产中,气泡和液相间的接触非常复杂,对相间的传递效率具有重要的影响。为了理解气泡在非牛顿流体中的运动特性,基于连续表面张力模型与Carreau本构模型,本文运用volume of fluid (VOF)法研究了单气泡... 详细信息

非牛顿气液两相流广泛存在于工农业生产中,气泡和液相间的接触非常复杂,对相间的传递效率具有重要的影响。为了理解气泡在非牛顿流体中的运动特性,基于连续表面张力模型与Carreau本构模型,本文运用volume of fluid (VOF)法研究了单气泡在剪切稀化流体内自由上浮的运动特性。研究发现:气泡的动力学特性与液相的特征时间λ密切相关,液相的剪切稀化程度越强(流变指数n越小)或表面张力越小(Eo数越大)时,特征时间λ对气泡变形和尾涡的影响越大。在给定的剪切稀化程度和表面张力下,λ越大,气泡终端速度越大,其尾涡强度和尺度也越大,导致气泡周围液相高剪切速率区和低表观黏度区的范围越宽。此外,当液相的表面张力较小时,在气泡尾部出现了黏度盲区;并且随着λ的增大,黏度盲区逐渐脱离气泡尾部并破碎;黏度盲区的出现减小了气泡周围液相低表观黏度区的面积,增大了气泡上浮过程的摩擦阻力,降低了气泡的终端速度。

关键词：非牛顿流体气液两相流特征时间气泡上浮特性黏度盲区

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表面活性剂浓度对球形气泡界面和尾流的影响

工程热物理学报 2020年第2期41卷 374-379页

作者：庞明军费洋常州大学机械工程学院常州213164 常州大学江苏省绿色过程装备重点实验室常州213164

发展了一种研究气泡界面污染程度的数值模型,并用其对流场中不同表面活性剂浓度下、上浮气泡的界面参量和周围流场进行了模拟研究。该模型假设吸附于气泡界面的表面活性剂分布在毗邻气液界面的薄吸附层中,且气泡界面上表面活性剂的吸附... 详细信息

发展了一种研究气泡界面污染程度的数值模型,并用其对流场中不同表面活性剂浓度下、上浮气泡的界面参量和周围流场进行了模拟研究。该模型假设吸附于气泡界面的表面活性剂分布在毗邻气液界面的薄吸附层中,且气泡界面上表面活性剂的吸附与解吸过程也发生于此;界面切应力为界面浓度的函数。研究发现:气泡界面的流动性会因表面活性剂的吸附而降低,该现象会增大气泡周围流域中切向速度在界面法向上的变化量,从而对界面性质和周围流场产生影响;由于对流的作用和吸附-解吸动态平衡的存在,气泡前部界面不完全干净,且受污染界面的流动性也不完全为零。

关键词：球形气泡表面活性剂数值模型界面性质流场

二维平行平板内分散气泡对液相表观黏度影响的数值研究

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化工进展 2016年第10期35卷 3065-3071页

作者：徐磊庞明军常州大学机械工程学院江苏常州213164

泡状液体广泛存在于各种工业领域,因此深入了解泡状液体的物理特性对产品质量改进和过程强化具有重要意义。本文为了理解气泡对液相表观黏度的影响,揭示液相表观黏度变化的原因,利用流体体积函数(VOF)与动网格结合的方法对二维平行板模... 详细信息

泡状液体广泛存在于各种工业领域,因此深入了解泡状液体的物理特性对产品质量改进和过程强化具有重要意义。本文为了理解气泡对液相表观黏度的影响,揭示液相表观黏度变化的原因,利用流体体积函数(VOF)与动网格结合的方法对二维平行板模型内气泡对液相表观黏度的影响进行了深入的数值研究;分别研究了相同体积分数、不同毛细数工况下,气泡加入对液相表观黏度的影响。结果表明:毛细数和气泡体积分数对液相的表观黏度具有巨大的影响作用;相同的体积分数下,当毛细数较大(Ca>1)时,气泡的加入会使液相的相对黏度减小,体积分数越大,液相的相对黏度减小得越严重;另外,相同的体积分数下,当毛细数较小(Ca<1)时,气泡的加入会使液相的相对黏度增大,体积分数越高,液相的相对黏度增大得越明显。

关键词：泡状液体分散气泡相对黏度流体体积函数动网格二维平行平板

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旋转圆环内分散气泡对液相表观黏度的影响

化学工程 2017年第6期45卷 32-38页

作者：徐磊庞明军常州大学机械工程学院江苏常州213164

泡状液体广泛存在于化工、食品和生物医学等领域,深刻理解气泡对液相流变特性的影响对于产品质量改进和过程强化具有重要意义。文中以旋转流变仪作为物理模型,基于VOF和动网格相结合的方法,详细研究了分散气泡对液相表观黏度的影响。目... 详细信息

泡状液体广泛存在于化工、食品和生物医学等领域,深刻理解气泡对液相流变特性的影响对于产品质量改进和过程强化具有重要意义。文中以旋转流变仪作为物理模型,基于VOF和动网格相结合的方法,详细研究了分散气泡对液相表观黏度的影响。目前的研究发现:在相同气泡体积分数下,当毛细数较小时,由于表面张力,气泡几乎保持为球形,气泡的加入使流线扭曲,从而导致液相的相对黏度增大(即η_r>1);然而,当毛细数较大时,气泡由圆形变为细长的椭圆形,并且沿最大法线方向气泡所占比例增加,气泡的加入使液相的相对黏度减小(即η_r<1);而且对于相同毛细数的工况,体积分数越大,气泡对液相表观黏度的影响也越大。

关键词：泡状液体分散气泡相对黏度数值模拟

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静止幂律流体中气泡上升运动特性的数值研究

工程热物理学报 2018年第11期39卷 2454-2462页

作者：陆敏杰庞明军常州大学机械工程学院江苏省绿色过程装备重点实验室常州213164

气泡在非牛顿流体中的动态行为在石油加工、食品加工、发酵以及废水处理等工业过程扮演着重要角色。为了深入了解气泡在非牛顿流体中的上升运动特性,文中采用VOF方法模拟研究单气泡在静止幂律(剪切稀化)流体中自由上升过程的运动特性,... 详细信息

气泡在非牛顿流体中的动态行为在石油加工、食品加工、发酵以及废水处理等工业过程扮演着重要角色。为了深入了解气泡在非牛顿流体中的上升运动特性,文中采用VOF方法模拟研究单气泡在静止幂律(剪切稀化)流体中自由上升过程的运动特性,分别使用连续表面张力模型和Carreau模型来求解表面张力和计算非牛顿流体的流变特性。研究了不同流变指数(n)和Eo数下,气泡的形状、尾涡、终端速度和周围液相黏度的变化情况。结果表明:气泡的变形和尾涡会随着Eo数的增加、流变指数的减小而增大;随着流变指数的减小,气泡尾端会出现一个高黏度区,该区域会逐渐从气泡表面脱离;气泡的终端速度随着剪切稀化程度(n逐渐减小)的增加而增加,而随着Eo数的增加却减小。

关键词：幂律流体气泡运动特性 Eo数剪切稀化

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槽道湍流内气泡瞬态受力数值研究

化工进展 2016年第7期35卷 1980-1985页

作者：庞明军孙涛代军荣常州大学机械工程学院江苏常州213164

为了深入理解气泡在湍流场内的运动机制,使用欧拉-拉格朗日单向耦合数值方法,详细分析了气泡在低雷诺数槽道湍流场内的瞬态受力情况;其中液相湍流速度场采用直接数值模拟方法求解,气泡的瞬态受力由牛顿运动方程计算;计算时,考虑了相间... 详细信息

为了深入理解气泡在湍流场内的运动机制,使用欧拉-拉格朗日单向耦合数值方法,详细分析了气泡在低雷诺数槽道湍流场内的瞬态受力情况;其中液相湍流速度场采用直接数值模拟方法求解,气泡的瞬态受力由牛顿运动方程计算;计算时,考虑了相间阻力、剪切升力、压力梯度力、虚拟质量力、重力对气泡运动的影响。目前的计算结果表明:气泡所受的瞬态作用力分量同时取决于重力作用方向、液相流向以及气泡所处的法向位置;不同方向上、不同位置处影响气泡运动的主要作用力分量是不同的;相比较而言,与重力方向垂直的剪切升力分量在近壁面区域为影响气泡运动的主要作用力,压力梯度力的法向分量在近壁面区域之外为影响气泡运动的主要作用力,相间阻力分量在整个槽道区域内均为影响气泡运动的主要作用力,除了竖直槽道近壁面处之外、虚拟质量力也均为影响气泡运动的主要作用力。

关键词：欧拉-拉格朗日模型单向耦合直接数值模拟气泡受力分析

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单气泡对层流自然对流传热影响的数值研究

化学工程 2023年第11期51卷 13-19页

作者：雷原庞明军常州大学机械与轨道交通学院江苏常州213164

在工业传热过程中,温度边界层的增厚严重降低了传热效率。研究发现在液相中加入气泡能提高相间的传热效率。采用VOF(流体体积法)研究单气泡注入对垂直管道内层流自然对流传热的影响,利用Boussinesq假设考虑自然对流的浮力项,分别研究相... 详细信息

在工业传热过程中,温度边界层的增厚严重降低了传热效率。研究发现在液相中加入气泡能提高相间的传热效率。采用VOF(流体体积法)研究单气泡注入对垂直管道内层流自然对流传热的影响,利用Boussinesq假设考虑自然对流的浮力项,分别研究相同气泡形状不同气泡尺寸以及相同气泡尺寸不同气泡形状对近壁流体自然对流传热的影响。结果表明:气泡直径越大,变形稳定后的上升速度和横向尺寸越大,对周围流场造成的扰动越剧烈,传热强化效果和传热强化影响区域增大;气泡直径相同时,随着Eo数的增大,气泡横向尺寸显著变大,传热增强效果变得明显。气泡注入影响传热增强的主要因素与气泡的横向尺寸和上升速度有关,横向尺寸和上升速度越大传热强化效果越好。

关键词：气泡自然对流传热强化 VOF Boussinesq假设

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GFRP填料塔的设计

工程塑料应用 2002年第7期30卷 32-34页

作者：黎定标庞明军南昌大学南昌330029

以双酚A型不饱和聚酯、胶衣树脂为基体树脂,玻璃纤维表面毡、玻璃布、短玻璃纤维毡为增强材料,制备了玻璃纤维增强塑料(GFRP)填料塔。论述了基体树脂、增强材料的选择,GFRP塔的结构设计、强度计算和手糊成型、组装的工艺要求。应用结果... 详细信息

以双酚A型不饱和聚酯、胶衣树脂为基体树脂,玻璃纤维表面毡、玻璃布、短玻璃纤维毡为增强材料,制备了玻璃纤维增强塑料(GFRP)填料塔。论述了基体树脂、增强材料的选择,GFRP塔的结构设计、强度计算和手糊成型、组装的工艺要求。应用结果表明,该GFRP填料塔完全可满足硫酸生产净化工艺的使用要求。

关键词： GFRP 填料塔设计玻璃纤维增强塑料玻璃钢应用

气泡间距对受污染球形气泡界面性质和尾流的影响

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应用数学和力学 2020年第10期41卷 1157-1170页

作者：孙涛庞明军费洋常州大学机械与轨道交通学院江苏省绿色过程装备重点实验室江苏常州213164

为了理解气泡间相互作用对受污染气泡水动力学特性的影响,基于改进的停滞帽模型,以表面活性剂作为污染介质,详细研究了不同气泡间距下气泡的界面参数、周围流场和尾涡特性.通过求解气泡界面与流域间的吸附和解析方程,考虑局部流动以及Ma... 详细信息

为了理解气泡间相互作用对受污染气泡水动力学特性的影响,基于改进的停滞帽模型,以表面活性剂作为污染介质,详细研究了不同气泡间距下气泡的界面参数、周围流场和尾涡特性.通过求解气泡界面与流域间的吸附和解析方程,考虑局部流动以及Marangoni效应的影响,形成稳定的污染界面.借助Langmuir方程将界面切应力与界面表面活性剂浓度相关联,实现气泡界面切应力的求解.研究发现,改变两气泡的间距,不会显著影响气泡1的界面参数,而对气泡2的界面参数影响巨大.气泡1尾涡向气泡2上游界面的逼近是气泡2界面参数改变的主要原因,该尾涡对气泡2界面上表面活性剂分布的影响与对流作用相反,其可以把流向气泡2尾部的表面活性剂拖回气泡上游界面,从而影响气泡2的界面参数分布,并出现了低影响与高影响阶段.而且气泡1的尾涡长度和涡中心垂直位置的值受气泡2上游界面浓度和气泡间距的共同影响,气泡2各尾涡参数值随上游界面浓度的增加而减小直至为零.

关键词：界面污染气泡气泡间距界面参数局部流场