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微结构导流作用强化单气泡沸腾的速度/压力场分析

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化工学报 2022年第12期73卷 5376-5383页

作者：高翔王逸然关朝阳戈志华陈宏霞华北电力大学能源动力与机械工程学院北京102206

相对于光滑表面,微柱结构表面可以显著强化核态沸腾,强化机理主要有增大换热面积、增大核化密度、减小气泡脱离直径等,对于微结构内部的导流强化作用鲜有深入研究。利用多相流体积分数三维模型,定义了微结构表面单气泡沸腾重要的几何、... 详细信息

相对于光滑表面,微柱结构表面可以显著强化核态沸腾,强化机理主要有增大换热面积、增大核化密度、减小气泡脱离直径等,对于微结构内部的导流强化作用鲜有深入研究。利用多相流体积分数三维模型,定义了微结构表面单气泡沸腾重要的几何、时间无量纲参数,通过对速度场和压力场的分析,讨论了沸腾过程中气泡、微柱与周围液体的相互作用。结果证明:微结构的间隙有利于液体的回流,在气泡底部的气液界面与基底之间建立的流动通道内导流作用明显,液体流速被显著提高,有效促进了气泡脱离,强化了单气泡换热。同时,微结构的导流作用促使在微柱结构底部及侧壁面产生了高压薄液膜;底部的薄液膜具有毛细引流能力,维持了气泡内部微柱根部的液相区域;侧壁面上的薄液膜取代了原来的干烧区域,传热面积增大,换热效率显著提高。

关键词：数值模拟单气泡三维核态沸腾微柱表面微结构导流

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激波作用下气泡变形破碎的数值模拟研究

工业控制计算机 2024年第1期37卷 86-88页

作者：吴琦许晓飞韩戌峰大连理工大学化工学院辽宁大连116024

为了研究激波与气泡之间的相互作用,了解激波诱导气泡变形破碎的原因和机理,利用CFD数值模拟对单气泡在激波作用下发生变形破碎的现象进行研究,采用VOF多相流模型捕捉气泡界面,模拟的气泡形态与文献结果吻合较好。结果表明,气泡上顶点... 详细信息

为了研究激波与气泡之间的相互作用,了解激波诱导气泡变形破碎的原因和机理,利用CFD数值模拟对单气泡在激波作用下发生变形破碎的现象进行研究,采用VOF多相流模型捕捉气泡界面,模拟的气泡形态与文献结果吻合较好。结果表明,气泡上顶点产生向下的微射流,气泡界面产生两种方向的涡量,气泡完成从球形到心形再到漏斗状的变化,最后气泡破碎。

关键词：激波单气泡气泡破碎数值模拟

方腔内非常温粘性流体中单气泡传质的实验研究

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方腔内非常温粘性流体中单气泡传质的实验研究

作者：张宁北京化工大学

学位级别：硕士

在化工生产过程中,常涉及非常温条件以及粘性流体中的气液传质过程。与常温条件有所不同,在非常温条件下,温度升高后的液体饱和蒸汽压在气相的总压中占有的比例较大而不能将其忽略。在典型的气液接触设备中,气相会被分散成许多小气泡分... 详细信息

在化工生产过程中,常涉及非常温条件以及粘性流体中的气液传质过程。与常温条件有所不同,在非常温条件下,温度升高后的液体饱和蒸汽压在气相的总压中占有的比例较大而不能将其忽略。在典型的气液接触设备中,气相会被分散成许多小气泡分布在液相中,液相黏度的增加会影响溶质分子的扩散速率以及相界面大小,进而影响传质过程。目前对非常温条件以及粘性流体中气液传质过程的研究还不够完善,因此,研究非常温条件下的气液传质过程具有重要的意义。本文应用粒子图像测速技术对方腔内不同温度、不同黏度的液相湍流场进行可视化测试研究。液相温度增加,方腔内流体的合速度随之增大:温度由25升高至85,不同流量条件下黏度4.50±0.10 m Pa·s体系中气泡运动区域范围内的液相平均速度最高提升了21.6%;黏度8.50±0.1m Pa·s的体系平均速度最高提升52.0%,表明升高温度能够促进传质是化学反应速率加快和液体湍动程度加剧共同作用的结果。而液相黏度的提高降低了液体流速:36 L/min条件下,黏度由1.03 m Pa·s变化至8.50 m Pa·s,气泡运动区域范围内的液相平均速度从0.46 m/s降低至0.14 m/s,降低幅度高达69.6%,流体微团脉动速度降低,不利于传质过程的进行。粘性流体中单气泡传质的实验是选用氧气-亚硫酸钠体系作为研究对象,将液相温度最高升至85,研究了非常温条件下的气液传质规律;选用糖浆作为增粘剂提高液相体系的黏度,研究了液相黏度对气泡运动行为以及传质过程的影响。传质系数的数量级介于10～10m/s之间,液相温度的提升对传质有促进作用:温度由25升高至85,不同流量条件下黏度4.50±0.1 m Pa·s的体系传质系数增幅最高可达33.0%;黏度8.50±0.1m Pa·s的体系传质系数增幅最高可达118.3%;液相黏度的增加则抑制了传质过程:黏度由1.03 m Pa·s增加至8.50 m Pa?s,不同流量条件下传质系数最高降幅达71.7%。液相流量增加,黏度的抑制作用随之减弱。分析了传质实验获得的传质系数和三种经典传质模型的计算值,发现实验所得舍伍德数Sh更接近Fr?ssling模型预测的结果。

关键词：单气泡非常温黏度传质湍流

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下倾管内气-液两相流单气泡界面特征研究

核动力工程 2008年第2期29卷 30-34,42页

作者：顾汉洋郭烈锦西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室

本文对下倾管内气-液两相流单气泡的界面特征进行了实验和理论研究。实验采用双平行探针技术和摄像方法。结果发现,当弗劳德数Fr较小时存在单气泡的首尾倒置现象,气泡移动速度与这种倒置现象密切相关,单气泡的界面特征与气泡的长度无关... 详细信息

本文对下倾管内气-液两相流单气泡的界面特征进行了实验和理论研究。实验采用双平行探针技术和摄像方法。结果发现,当弗劳德数Fr较小时存在单气泡的首尾倒置现象,气泡移动速度与这种倒置现象密切相关,单气泡的界面特征与气泡的长度无关而与流体的Fr数密切相关。基于双流体模型推导得到描述气泡尾部特征的计算模型,该模型对下倾管内气泡尾部界面特征的预测与实验结果吻合良好。进一步的理论分析表明,下倾管内气泡首尾倒置的临界Fr数随着管道下倾角和管道内径的增大而增大。

关键词：下倾管气-液两相流单气泡界面特征首尾倒置现象临界Fr

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黏弹性流体中单气泡上升速度的研究

高校化学工程学报 2019年第5期33卷 1064-1069页

作者：白丽娜曹佰旭胡钊晨李少白沈阳航空航天大学能源与环境学院

为了揭示黏弹性流体中单气泡的运动规律,采用高速摄像技术对聚丙烯酰胺(PAA)溶液中单气泡的运动行为进行了研究。通过Matlab 10.0利用自编程序得到了气泡的上升速度,考察了溶液流变性质和表面活性剂对气泡上升速度的影响。结果表明:气... 详细信息

为了揭示黏弹性流体中单气泡的运动规律,采用高速摄像技术对聚丙烯酰胺(PAA)溶液中单气泡的运动行为进行了研究。通过Matlab 10.0利用自编程序得到了气泡的上升速度,考察了溶液流变性质和表面活性剂对气泡上升速度的影响。结果表明:气泡的上升速度随体积的增大而增大,并发生速度跃迁现象,发生跃迁时的临界体积随溶液黏弹性的增大而减小,随表面活性剂浓度的增大而增大。气泡形状的变化与速度跃迁相关,当气泡体积低于临界体积时,气泡的形状为球形或椭球型,当气泡体积高于临界体积时,气泡出现了尖端尾部,且尖端尾部两侧界面向气泡内部凹进。提出了预测气泡速度跃迁的临界条件,预测值与实验值重现性较好。

关键词：单气泡速度跃迁黏弹性流体气泡形状经验关联式

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静水中单气泡运动特性实验研究

原子能科学技术 2020年第9期54卷 1652-1659页

作者：李文强焦守华唐珂杨宜昂曲文海柴翔上海交通大学核科学与工程学院上海200240 普渡大学核工程系美国西拉法叶47906

气泡运动特性是两相流研究的重要领域之一。本文基于图像识别技术对静水中单气泡的上升过程及其动力学特性进行研究,分析了不同等效体积直径下气泡上升过程中轨迹、变形程度、瞬时速度等参数。研究结果表明:椭球型单气泡上升过程中横向... 详细信息

气泡运动特性是两相流研究的重要领域之一。本文基于图像识别技术对静水中单气泡的上升过程及其动力学特性进行研究,分析了不同等效体积直径下气泡上升过程中轨迹、变形程度、瞬时速度等参数。研究结果表明:椭球型单气泡上升过程中横向振荡幅度峰值与横向速度峰值呈正比,瞬时纵横比与瞬时纵向速度呈反比;单气泡横向运动位置、纵横比、上升速度具有周期性变化的现象。通过定量分析气泡末速度与等效体积直径的关系,对已有预测关系式进行了比较和评价,并基于实验数据拟合得到了一个更为精确的显式末速度关系式。

关键词：两相流运动特性单气泡末速度

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水蒸气对声致发光单气泡稳定性的影响

物理学报 2003年第3期52卷 620-625页

作者：刘海军安宇清华大学物理系北京100084

在考虑水蒸气凝结与水的蒸发过程的基础上 ,推导了球形气泡形状稳定性方程 .利用这个方程以及气泡运动时的气体扩散平衡条件 ,分别研究了环境水温 2 1 7℃时声驱动频率为 2 0 6kHz(溶于水中的氩气含量是其饱和度的14 % )、环境水温 0... 详细信息

在考虑水蒸气凝结与水的蒸发过程的基础上 ,推导了球形气泡形状稳定性方程 .利用这个方程以及气泡运动时的气体扩散平衡条件 ,分别研究了环境水温 2 1 7℃时声驱动频率为 2 0 6kHz(溶于水中的氩气含量是其饱和度的14 % )、环境水温 0℃时声驱动频率为 31 9kHz(溶于水中的氮气分压为 2 0kPa ,其中含 1%氩气 ) ,以及环境水温 2 0℃时声驱动频率为 33 8kHz(溶于水中的氮气分压为 2 0kPa ,其中含 1%氩气 )可控制条件下气泡稳定性问题 .理论计算结果与前人的实验数据比较 ,发现考虑水蒸气以后比忽略水蒸气对单气泡稳定区域的确定相对有所改进 .

关键词：单气泡声致发光水蒸气形状不稳定性扩散平衡

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楔形流道内单气泡动力学行为特性研究

水动力学研究与进展（A辑） 2013年第3期28卷 307-316页

作者：张一夫葛少成倪景峰辽宁工程技术大学安全科学与工程学院辽宁葫芦岛125105 辽宁工程技术大学矿山热动力灾害与防治教育部重点实验室辽宁葫芦岛125105

楔形流道是一个具有复杂物理边界的流场,对其内部气液两相流动特性的研究具有现实意义。该文首先对孔板流量计内掺混气泡的两相流体建立了数学模型,采用贴体坐标系同位网格下的SIMPLE算法解决了速度与压力的耦合问题,改进了贴体坐标下Le... 详细信息

楔形流道是一个具有复杂物理边界的流场,对其内部气液两相流动特性的研究具有现实意义。该文首先对孔板流量计内掺混气泡的两相流体建立了数学模型,采用贴体坐标系同位网格下的SIMPLE算法解决了速度与压力的耦合问题,改进了贴体坐标下Level Set方法,并利用其对楔形孔板流量计内单气泡两相流场进行了模拟。针对不同Re数和不同We数时其内部流场的模拟结果进行了分析,得出流场内气泡形态及其流动特性的变化规律。

关键词：楔形流道贴体坐标系 SIMPLE算法 Level Set方法单气泡

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竖直楔形流道的单气泡上升过程的实验研究

实验流体力学 2013年第4期27卷 50-56页

作者：张一夫倪景峰李维仲辽宁工程技术大学安全科学与工程学院辽宁葫芦岛125105 大连理工大学能源与动力学院辽宁大连116023

通过实验对竖直楔形流道内单气泡上升过程的行为特性进行了研究。利用高速摄影设备和计算机图像处理技术准确地追踪了气泡上升过程中运动轨迹和形态的变化。通过对气泡上升过程中旋转角、瞬时速度、瞬时加速度等参数的分析,找到了楔形... 详细信息

通过实验对竖直楔形流道内单气泡上升过程的行为特性进行了研究。利用高速摄影设备和计算机图像处理技术准确地追踪了气泡上升过程中运动轨迹和形态的变化。通过对气泡上升过程中旋转角、瞬时速度、瞬时加速度等参数的分析,找到了楔形流道内气泡上升过程的运动规律,并且通过推导获得了气泡上升过程中拽力系数的计算公式。

关键词：单气泡楔形流道计算机图像处理技术拽力系数