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流体机械微气泡发生器的结构优化研究

工程热物理学报 2023年第7期44卷 1815-1822页

作者：郭旭李强张健雷毛刘佳琳朱浩玮中国石油大学(华东)新能源学院青岛266580

本文基于CFD技术对文丘里式微气泡发生器进行了研究,分析了微气泡发生器内流动特性及微气泡在管内扩散段的发展过程,得出气泡在湍流剪切作用下逐渐破碎。同时,分析了喉部、渐扩角对气泡发生器发泡性能的影响规律,通过实验对模拟结果进... 详细信息

本文基于CFD技术对文丘里式微气泡发生器进行了研究,分析了微气泡发生器内流动特性及微气泡在管内扩散段的发展过程,得出气泡在湍流剪切作用下逐渐破碎。同时,分析了喉部、渐扩角对气泡发生器发泡性能的影响规律,通过实验对模拟结果进行了验证。结果表明:随着喉部内径的增大,气泡粒径呈逐渐增大趋势,入口压力也逐渐增大;随着扩张角的增大,气泡粒径呈先减小后增大的趋势;改变喉部结构形式,当采用阶梯喉部结构时,气泡粒径更小。

关键词：气泡发生器湍流剪切发泡性能结构优化

气液双相微纳米气泡发生器的关键结构优化分析

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华南理工大学学报（自然科学版） 2020年第2期48卷 129-136页

作者：高殿荣孙亚楠张宗熠燕山大学机械工程学院

为了对气液双相微纳米气泡发生器的关键结构进行优化分析,建立了该发生器的三维模型并分析了其工作原理,利用有限元仿真软件FLUENT对该发生器流场在不同工作压力下进行数值模拟仿真,分析仿真结果发现:当发生器的入口压力为1.5MPa时产生... 详细信息

为了对气液双相微纳米气泡发生器的关键结构进行优化分析,建立了该发生器的三维模型并分析了其工作原理,利用有限元仿真软件FLUENT对该发生器流场在不同工作压力下进行数值模拟仿真,分析仿真结果发现:当发生器的入口压力为1.5MPa时产生的气泡数量最多,在入口压力分别为0.5、1.0、1.5和2.0MPa时,该发生器产生直径在1 nm左右的气泡所占比例分别为41.9%、53.3%、73.2%和69.6%;探讨了该发生器通流腔直径、扩张腔大/小径、旋流腔直径4个关键结构的尺寸对产生的气泡大小和数量的影响,并分析了产生相关影响的原因。结果表明:当入口压力为1.5 MPa时,该微纳米气泡发生器产生的微纳米气泡数量最多,粒径最均匀;适当提高通流腔直径和旋流腔直径有利于提高该微纳米气泡发生器的工作性能,而改变扩张腔小径和扩张腔大径对于提高其性能均无显著的影响。

关键词：微纳米气泡气泡发生器结构优化最佳工作压力

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文丘里式气泡发生器气泡碎化特性研究

原子能科学技术 2014年第5期48卷 844-848页

作者：唐文偲阎昌琪孙立成刘卫李华哈尔滨工程大学核安全与仿真技术国防重点学科实验室黑龙江哈尔滨150001 中国科学院上海应用物理研究所上海201800

熔盐堆在运行过程中须不断地去除氙等气体裂变产物。熔盐堆除气系统中气泡发生器的作用是通过向回路中注入一定量的直径为0.5mm的小气泡,在扩散作用下吸收熔盐中的氙,最终气泡被分离出来,达到除氙的目的。在橡树岭国家实验室设计的基础... 详细信息

熔盐堆在运行过程中须不断地去除氙等气体裂变产物。熔盐堆除气系统中气泡发生器的作用是通过向回路中注入一定量的直径为0.5mm的小气泡,在扩散作用下吸收熔盐中的氙,最终气泡被分离出来,达到除氙的目的。在橡树岭国家实验室设计的基础上,本文为钍基熔盐研究堆设计气泡发生器,并在专门建造的水回路中对其工作特性进行了可视化研究。利用高速摄像系统跟踪气泡的运动和碎化过程,分析气液相流速对碎化后气泡尺寸的影响。结果表明:在实验条件下,当气体流量一定时,气泡尺寸随液体流量的增大而减小;当液体流量一定时,气泡尺寸随气体流量的增加而增大。

关键词：熔盐堆气泡发生器文丘里气泡碎化

文丘里气泡发生器气泡在喉部和扩张段的运动和碎化研究

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核技术 2018年第11期41卷 67-72页

作者：马兆伟李华刘卫刘桂民张钦杨果卫飞中国科学院上海应用物理研究所上海201800 中国科学院大学北京100049

文丘里式气泡发生器因其结构简单、能够有效产生所需均匀粒径的微气泡等优点,被熔盐堆脱气系统所采用。本文在脱气回路水力试验台架的实验基础上,借助高速相机来研究气泡在文丘里气泡发生器喉部和扩张段处的运动和碎化特性。研究表明:... 详细信息

文丘里式气泡发生器因其结构简单、能够有效产生所需均匀粒径的微气泡等优点,被熔盐堆脱气系统所采用。本文在脱气回路水力试验台架的实验基础上,借助高速相机来研究气泡在文丘里气泡发生器喉部和扩张段处的运动和碎化特性。研究表明:气泡运动可以分为4个阶段:1)气泡高速稳定运动阶段;2)气泡速度剧烈变化阶段;3)气泡速度稳定波动阶段;4)气泡低速稳定运动阶段。随着进气孔径的增大气泡在上述4个阶段的稳定性增加;随着水流量的增加,第二和第三阶段的区域将会向靠近x=0 mm处缩小。其中气泡的碎化过程主要是在第二阶段发生的。

关键词：气泡发生器气泡运动速度分布气泡碎化

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气泡发生器工作特性与碎化原理

气泡发生器工作特性与碎化原理

作者：居晓峰哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

熔盐堆属于第四代反应堆,能够实现核燃料的闭式循环,在防止核扩散方面拥有极高的优势。为了保证其连续可靠地运行,必须对液态燃料中的氙等有害气体进行在线处理。气泡发生器是熔盐堆脱气系统中最关键的设备之一,其作用是产生一定尺寸且... 详细信息

熔盐堆属于第四代反应堆,能够实现核燃料的闭式循环,在防止核扩散方面拥有极高的优势。为了保证其连续可靠地运行,必须对液态燃料中的氙等有害气体进行在线处理。气泡发生器是熔盐堆脱气系统中最关键的设备之一,其作用是产生一定尺寸且大小均匀的氦气气泡,然后通入到循环回路中,利用传质过程吸收裂变产生的氙和氪。气泡发生器工作性能的优劣直接影响到反应堆运行的安全性和经济性,研究其工作特性及其内部气泡的碎化原理,将有助于熔盐堆脱气系统的研发。在脱气系统水实验回路的研究基础上,利用数值分析方法对气泡发生器的性能和工作原理进行了分析。首先运用标准的k-ε湍流模型和多相流混合模型,分析了沿气泡发生器流动方向两相流场的速度及压力变化和湍动能的分布规律。速度分布表明,气相从喉部开始沿壁面流动,在扩张段入口处速度明显降低,气液之间的速度差形成的剪切作用,使得气泡破碎;压力分布表明,在气泡发生器的扩张段出口附近出现了压力梯度的峰值,这与实验中测得的气泡集中碎化的位置相一致,说明压力的迅速回升可能加速了气泡的碎化;湍动能分布表明,扩张段出口的湍动能相对较大,表明此处气液两相能量交换强烈,强烈的紊流作用是气泡破碎的另外一个重要因素。此外,结合实验中获得的高速摄像资料,在分析气泡在发生器中的运动过程和碎化规律后,借助CFD软件,在发生器内气泡碎化的集中区域设置一个与气泡尺寸相当的小球,以模拟该处的气泡。通过数值计算,得到小球所受剪切力及周围的速度场和压力场。结果表明,在实验范围水流量下,气泡所受剪切力远大于表面张力,且随水流量的增加而增大。因此,气泡碎化的主要原因可解释为:气泡在发生器扩张段出口处的突然减速,造成气泡所受剪切力远大于气泡的表面张力,致使气泡发生形变并迅速破碎,之后由于扩张段的紊流作用,气泡进一步碎化并扩散。在分析气泡碎化原理基础上,利用数值模拟对气泡发生器的结构参数进行优化,为设计适用于熔盐堆脱气系统的气泡发生器提供参考。

关键词：熔盐堆气泡发生器气泡碎化数值模拟

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文丘里式气泡发生器工作特性分析

核技术 2014年第12期37卷 67-72页

作者：居晓峰孙立成唐文偲运红宇阎昌琪哈尔滨工程大学核安全与仿真技术国防重点学科实验室哈尔滨150001 四川大学水利水电学院成都610207

气泡发生器是钍基熔盐堆脱气系统的关键部件,其功用为将载气碎化成尺寸均匀的小气泡。本文在脱气系统水实验回路实验研究基础上,采用数值模拟方法,应用SIMPLEC算法对标准的k-ε湍流模型和多相流混合模型进行耦合求解,分析了沿气泡发生... 详细信息

气泡发生器是钍基熔盐堆脱气系统的关键部件,其功用为将载气碎化成尺寸均匀的小气泡。本文在脱气系统水实验回路实验研究基础上,采用数值模拟方法,应用SIMPLEC算法对标准的k-ε湍流模型和多相流混合模型进行耦合求解,分析了沿气泡发生器流动方向的气液两相流场速度变化、压力变化、湍动能分布规律。沿流向的速度分布表明,气相从喉部开始沿壁面流动,包围位于中心区域的水相,气相速度在扩张段入口处明显降低,速度梯度的变化形成剪切,使得气相破碎、分裂;压力分布表明,在气泡发生器的扩张段入口附近出现了压力梯度的峰值,与实验中测得的气泡集中碎化的位置相近,说明压力的迅速回升可能加速了气泡的碎化;湍动能分布表明,扩张段出口湍动能相对较大,说明此处气液两相能量交换强烈,产生强烈的剪切应力,使气液两相彼此剪切、破碎。以上结果说明,扩张端入口处由于较大的速度梯度及湍动能峰值,导致产生巨大的剪切应力,使气泡出现集中破裂现象。

关键词：熔盐堆气泡发生器气泡碎化数值计算

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气泡发生器的改进设计及优化模拟研究

煤炭工程 2017年第9期49卷 150-153页

作者：孙国斌鄢曙光刘玮寅武汉科技大学资源与环境工程学院湖北武汉430081

对于矿浆充气和气泡矿化,气泡发生器的性能将会影响矿物分选的效果,所以气泡发生器的结构设计及优化显得尤其重要。通过对气泡发生器结构及原理的研究,文章运用射流卷吸空气、伴随紊动搅拌有利于提高流体气含率的特征,并结合卡门涡街湍... 详细信息

对于矿浆充气和气泡矿化,气泡发生器的性能将会影响矿物分选的效果,所以气泡发生器的结构设计及优化显得尤其重要。通过对气泡发生器结构及原理的研究,文章运用射流卷吸空气、伴随紊动搅拌有利于提高流体气含率的特征,并结合卡门涡街湍流形式,改进并模拟优化了一种气泡发生器,即"卡门涡街型气泡发生器"。经过实验模拟,相较于原始气泡发生器,改进结构对于气泡发生器喉管段湍流强度的提高具有较为明显的效果。

关键词：气泡发生器卡门涡街 FLUENT 湍动能

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气泡发生器流动特性模拟与结构分析

气泡发生器流动特性模拟与结构分析

作者：韩月阳东北电力大学

学位级别：硕士

气泡发生器广泛应用于在化工、能源、医疗等众多领域。其中文丘里式气泡发生器采用自吸方式,具有结构紧凑、耗能小等优势,近年来被广泛采用。其内部的流动特性直接影响气泡发生器的发泡性能,目前对气泡发生器内部流动特性和结构参数研... 详细信息

气泡发生器广泛应用于在化工、能源、医疗等众多领域。其中文丘里式气泡发生器采用自吸方式,具有结构紧凑、耗能小等优势,近年来被广泛采用。其内部的流动特性直接影响气泡发生器的发泡性能,目前对气泡发生器内部流动特性和结构参数研究较少,因此气泡发生器的工作特性和结构上的优化具有重要的意义。本文首先对气泡发生器建立合理的三维物理模型,对该模型进行精确的网格划分后,采用RNG k-ε湍流模型和PBM模型进行数值模拟计算。通过模拟气泡发生器内部流动特性,对管内流场分布及气泡粒径分布规律进行了分析。结果表明,气相从进气管进入喉部内,瞬间被高速流体带走,进入扩张段后速度明显降低。管内两相以轴向流动为主,并随着两相的流动,径向速度差逐步减小,在气泡发生器出口处两相已基本混合均匀;扩张段内压力变化较大,结合气泡粒径的结果分布情况,气泡的主要碎化核心区在扩张段入口附近,同时该位置也是压力梯度峰值的位置,说明压力的骤升是气泡破碎的原因之一。此外在扩张段入口附近,湍动能值迅速增加,说明两相在此处发生了大量的能量交换,强烈的紊流剪切力是气泡破碎的另一个重要原因。同时通过改变入口液相工况的流量,对气泡发生器不同水流量下的流动特性进行了分析,随着液相流量的增加,在扩张段入口处压力梯度峰值和湍动能均得到提升,气泡在较大液相流量下所受的剪切力增加,气泡的粒径随液相流量的增加而减小。此外,本文分析了各几何参数对气泡发生器性能的影响,分别改变扩张角、管径和收缩角相关几何参数建立相应的物理模型,并对各自流场特性以及管内粒径统计结果进行分析。结果表明,随扩张角的增加,扩张段内压力梯度和湍动能值升高,从而有利于气泡在扩张段入口处破碎,但扩张角过大时,小直径气泡会在气泡发生器末端产生一定的聚合。同时,随扩张角的增加,导致入口压力增加,入口所需能量也随之增加;随着管径的减小,扩张段内的压力梯度及湍动能值也会得到提升,从而提高了对气泡的剪切力,气泡粒径随管径的减小而减小;随着收缩角的增加,对扩张段压力梯度的分布没有影响,但扩张段湍动能得到一定程度提升,气泡粒径随扩张角增加而减小。

关键词：气泡发生器数值模拟粒径分布流动特性

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浮选柱混合气泡发生器的初步设计和性能分析

中国造纸 2009年第2期28卷 10-12页

作者：张敏刘焕彬朱小林陈嘉翔华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室广东广州510640

基于气泡生成及气泡发生器的普遍工作原理,提出新的发泡方式,设计了新的浮选柱用混合气泡发生器。根据设计的几何尺寸及实验室浮选柱运行参数计算了两相气泡的理论尺寸,并通过实测的图像分析结果对理论计算进行验证,分析混合气泡发生器... 详细信息

基于气泡生成及气泡发生器的普遍工作原理,提出新的发泡方式,设计了新的浮选柱用混合气泡发生器。根据设计的几何尺寸及实验室浮选柱运行参数计算了两相气泡的理论尺寸,并通过实测的图像分析结果对理论计算进行验证,分析混合气泡发生器充气性能。

关键词：浮选柱气泡发生器静态混合器