气液固流化床气泡特性及气含率预测模型

气含率及气泡直径会直接影响流化床内的反应进程及传质效率，为更好地认识局部流动结构，径向气含率及气泡直径分布成为重点研究内容，特别是径向气含率预测模型的建立具有重要意义．已有平均气含率预测模型都有各自的适用范围，对不同实验体系的应用会表现出局限性．针对以上问题，本文结合电导探针测量法与流体仿真技术，以直径为100 mm和高度为1.5 m的气液固流化床为研究对象，系统地研究了在气相表观速度为0.014～0.283 m/s、液相表观速度为0.007～0.028 m/s、液相黏度为1～40 mPa·s、液相表面张力为0.053～0.072 N/m及固相体积分数为0～30%条件下径向气含率及气泡直径分布特征．结合本实验系统及相关研究数据，提出一种适用于气液固系统的平均气含率预测模型．基于此预测模型，进一步考虑气相表观速度及表面张力对径向气含率分布的影响，采用粒子群优化算法建立气液两相体系的径向气含率预测模型．结果表明：两相及三相体系平均气含率预测模型充分考虑了气液相表观速度、液相物性、固相物性及管径对平均气含率的影响，相比现有经典平均气含率预测模型，拓宽了适用范围并提高预测精度，其平均绝对百分比...     

加压溶气气浮气含率分布与气泡聚并规律研究

加压溶气气浮技术是污水除油中常用的高效工艺,气泡的大小和分布对除油效率的影响至关重要。本文基于相群平衡模型,对溶气气浮器内两相流动及气泡聚并进行数值模拟,并进行实验研究加以验证,建立了气浮器接触区模型,研究了气泡聚并及气含率分布规律,分析了释放头不同气液比和接触区高度对气含率分布和气泡聚并情况的影响。结果表明,接触区气含率随气液比增大而升高,随接触区高度的增加而降低,气泡在上浮过程中会发生聚并使得气泡变大,稳定性变差,同时加快上浮速度,会影响接触区的气含率分布。通过微观模拟发现大粒径微气泡在上浮过程中更容易发生聚并,小粒径微气泡则由于表面张力作用稳定性更强,不易发生变形和聚并。研究结果为溶气气浮气液比的选择和浮选过程气含率和气泡分布的研究提供参考。     

垂直及倾斜环形管内上升气液泡状流存在条件

对垂直环形管内上升气液两相泡状流存在条件进行了研究 .根据Taitel的气泡结合及积聚理论及小气泡群的实际上升速度 ,将小气泡和Taylor气泡上升速度与截面含气率进行关联 ,并采用Das的预测垂直环形管内Taylor气泡上升速度的关系式 ,获得了一种改进的泡状流区存在模型 .通过该实验数据及其他研究者实验数据的比较 ,表明该改进模型比Caetano模型更加符合实际 .通过上述类似方法 ,笔者还给出了倾斜环形管内泡状流的存在模型 .     

气液在高H／D比搅抖式鼓泡塔中气含率及压降的研究

利用φ28mm玻璃搅拌式鼓泡塔，在高径比H／D＝50、分段数N＝3－23和变搅拌转数h下测定空气－－水系统在塔内作并流流动时的气含率与压降，分析了两相流气速，流速，分段数及搅拌转数对气含率和压降的影响，所得经验关联式与实验数据进行了较好的吻合，结果表明该装置具有延长气泡停留时间，提高气含率及利于界面传质的优点。     

正丁醇和表观气速对外环流反应器内气泡特征的影响

用双探针电导探头测量了外环流反应器内空气-水和空气-正丁醇水溶液体系中气含率、气泡平均(Sauter)直径、气泡上升速度、气泡尺寸分布以及气液相界面积.考察正丁醇浓度和气速对流型和气泡特征的影响规律,用流体动力学理论和聚并机理对其进行分析.得到实验条件下正丁醇水溶液浓度影响气含率的临界浓度Ccrit.     

振动筛板鼓泡塔中气含率的研究

在一小型振动筛板鼓泡塔中进行了气含率的测量。连续相为水，分散相为空气，考察了液相粘度和表面张力等物理性质及气液相表观流速、振动频率和振幅等操作因素对气含率的影响，获得了气含率的无因次关联式。     

气液在高H/D比搅拌式鼓泡塔中气含率及压降的研究

利用 ф2 8mm玻璃搅拌式鼓泡塔 ,在高径比H/D =5 0、分段数N =3～ 2 3和变搅拌转数n下测定空气———水系统在塔内作并流流动时的气含率与压降 ,分析了两相流气速、液速、分段数及搅拌转数对气含率和压降的影响 ,所得经验关联式与实验数据进行了较好的吻合 .结果表明该装置具有延长气泡停留时间、提高气含率及利于界面传质的优点 .     

氧热法电石合成淤浆鼓泡床反应器的流动特性

针对氧热法电石合成的电石吸热反应和炭燃烧放热耦合特点,本文设计并研究了适用该过程的三相淤浆鼓泡床反应器。采用空气-水-氯化聚氯乙烯（CPVC）模拟物系,实测了不同表观气速、固体颗粒进料量和静液高度下淤浆鼓泡床床层中局部平均气含率、固含率轴向分布和大、小两类气泡的分布。结果表明表观气速越大,局部平均气含率越大;固体颗粒的加入减小了床层局部平均气含率。当Ug在0.136~0.196m/s之间时,固含率轴向分布随表观气速增大趋于均匀;固体颗粒进料量越小则固含率沿轴向分布越均匀。随着表观气速的增加,小气泡含量逐渐增加,大气泡含量逐渐减小;随着静液高度的增加,大气泡含量均是先增大后减小。上述结果表明电石生成反应与燃烧供热反应原位耦合于淤浆鼓泡床中是可行的。     

双层半圆管盘式涡轮桨搅拌槽气液分散特性的数值模拟

采用基于气泡聚并和破碎机理的群体平衡（PBM-MUSIG）模型,对双层半圆管盘式涡轮桨搅拌槽内的气液分散特性进行了数值模拟;考察了不同通气量和操作转速下气液搅拌槽内流体流动,局部气含率和气泡尺寸的分布规律。模拟结果表明：通气工况下搅拌槽内的液相流场具有双循环流动形式;采用PBM-MUSIG模型预测的局部气含率分布与文献实验数据吻合较好;搅拌槽内气泡尺寸随转速增加而减小,随气量增加而增大;桨叶排出流区域内气泡尺寸较小,近壁区和循环区内气泡尺寸较大。     

气升式内循环反应器内的气含率与液体循环

研究了气升式内循环反应器内的气含率与液体循环。反应器包含一个传统的导流筒和三段缩放型导流筒。通过实验分别对气－水、气－CMC（羧甲基纤维素）溶液两相系统和气－水－树脂颗粒三相系统进行了研究。用两相漂移通量模型对三相牛顿流体和两相非牛顿流体进行了评价。结果表明，三段缩放型导流筒内的气含率高于传统的导流筒，且随表观气速而提高。在两相和三相系统中，导流筒结构参数的变化对气含率的影响很小。基于漂移通量模型的数学模型很好地描述了反应器内的液体循环。     

加压下气泡在液体中的行为

通过物理实验,研究了容器压力、喷嘴孔径和吹气流量对气泡形貌、直径和上升速度的影响.结果表明,在常压下,大孔径喷嘴形成的气泡呈扁平状,其上升过程形状变化大;而在大的压力下,其形成的气泡呈椭球状,上升过程形状稳定.常压下吹气流量对大孔径产生的气泡等效直径影响较小,在小的喷嘴孔径下,吹气流量能明显增加气泡的等效直径,而压力对改变小气泡等效直径的作用不明显.在低的吹气流量和高的容器压力下,较大孔径的喷嘴也能产生较小的气泡.在大孔径下吹气,压力在0.1~0.2 MPa时,不同的吹气流量下的气泡等效直径相差小;而当压力增加到0.3~0.4 MPa时,不同吹气流量的气泡等效直径差别变大.压力增加,气泡的上升速度降低,且在大的吹气流量下,压力对气泡运动速度的影响更为明显;大孔径喷嘴产生的气泡一般有更大的上升速度.在常压下,气体流量对气泡上升速度起着决定性影响,而加压到0.4 MPa,喷嘴孔径对气泡上升速度起着决定性作用.     

液态锂铅合金鼓泡器的气泡行为数值模拟

 液态金属包层的氚燃料循环是实现聚变堆、聚变-裂变混合堆正常运行的核心技术之一。氚燃料循环系统由氚净化、氚提取、氚储存、氚测量、氦/水冷却、氚回收等子系统构成,而液态金属鼓泡器位于包层主回路与氚提取系统之间,具有氚在线监测与氚去除的重要功能,是不可缺少的关键部件。由于氢同位素在液态锂铅中的极低溶解度和液态合金的高温、活泼、物理等特性,鼓泡器的研制十分困难。为完成液态锂铅合金鼓泡器（LLLB）的设计与建造,采用流体力学方法建立了描述气泡直径与粒度分布、气含率特征等动力学行为的代数模型。数值模拟结果表明,床层气含率和稳定气泡粒度分布均不受喷嘴孔径的影响;低气速下气泡破碎远快于气泡的聚并,绝大部分初始气泡直径大于最大稳定直径,其破碎后的直径取决于最大稳定气泡直径的大小;气泡比表面积和传质表面积增大的主要因素是气泡直径分布的变化。     

气升式环流反应器内气液两相流动计算流体力学的模拟

采用欧拉-欧拉两流体模型模拟了气升式环流反应器内部气液两相流动过程,考察了液相速度和气含率随表观气速的变化,液相速度和气含率模拟值的关系与两种经验关系式的计算值进行了比较,两者取得了很好的一致,证明了模型的正确性。在此基础上,使用计算流体力学模拟的方法考查了反应器内的导流筒直径和导流筒高度对反应器内两相流动的影响,导流筒直径增大,液相循环量增大,上升段气含率增大;导流筒位置升高,液相循环速度和循环量均增大,上升段气含率减小。所获得的结果对气升式反应器的设计优化具有指导意义。     

连铸板坯结晶器内钢液吹氩行为的数值模拟

以宝钢一连铸板坯结晶器为研究对象，采用多相流模型计算了吹氩后结晶器内钢液的流场、温度场及氩气分布。结果表明：吹氩后，结晶器内上回流区钢液的流动强度增大，下回流区变小；钢液的温度梯度减小，温度分布均匀；氩气的分布不均匀，上回流区钢液的含气率大大高于下回流区。     

Negative wake behind bubbles in non-newtonian liquids

GAS bubbles rising by gravity in non-newtonian elastic liquids(1-4) are different to gas bubbles in viscous newtonian fluids in at least two ways. First, the bubbles in the non-newtonian liquids often have a peculiar tip at the rear pole, and second, the terminal rise velocity versus volume curve often has a discontinuity at a certain 'critical' volume. To investigate this unusual flow situation further we have used laser-Doppler anemometry(5) to measure the liquid velocity in the wake behind air bubbles in a non-newtonian liquid. The measurements described here reveal the unexpected result that the liquid velocity behind the bubbles is in the downwards direction away from the rising bubbles (the velocities are referred to an observer at rest with respect to the liquid far from the bubbles). Thus the liquid velocity is opposite to the velocity in the usual wake behind objects moving in viscous newtonian fluids and we have called the phenomenon 'negative wake'.     

延伸流场中的气熔两相流实验现象与分析

为研究气泡在熔体中的动力学,自行设计了圆柱形可视化流道,直接将CO2气体注入聚合物熔体中,观察CO2气泡在小孔延伸流场中不同位置区域时,其形态、大小、运动、变形等动力学现象.并从经典两相流理论的角度出发,分析了流场结构参数、加工条件对气泡在聚合物熔体中形态、分布、运动变化等的影响.实验结果表明:气相在熔体中是以泡状存在的,单一的大气泡经过延伸后,将发生破裂,成为许多细碎的小气泡,且破裂的小气泡的大小、分布、密度等与加工温度、速度、进气压力等有关;气泡经过小孔延伸后破裂,使气熔两相趋于混合,有利于CO2作为发泡剂在泡沫塑料制品生产中的应用.     

泡沫压裂液的两相欧拉颗粒流数值模拟

从两相流的角度出发，将泡沫压裂液的气相处理成气泡相并建立两相欧拉颗粒流模型来研究泡沫压裂液的流变性．研究发现：气泡尺寸随剪切速率增加而减小是泡沫压裂液呈剪切稀化的重要原因，泡沫压裂液的黏度及非牛顿流体性质主要由气泡相黏度产生；气泡间的摩擦和碰撞是泡沫压裂液黏度急剧上升的主要因素，摩擦产生的黏度在高气相体积分数时占主要地位；两相之间基本没有相间滑移速度存在，两相的湍流脉动动能随气相体积分数的增加而增加，管壁附近的湍流脉动动能最大；有效黏度的模拟值与实验结果基本吻合，但模拟值稍微偏大，这可能是因为实际泡沫压裂液中的气泡在剪切场中发生了破碎和变形．但是，该两相流模型不能用于气相体积分数大于65％以上的泡沫压裂液．     

双层桨结构自吸式反应器的气含率

根据单层桨自吸式反应器吸入的气体主要集中在反应器上部的缺陷,采用了4种桨型作为下层搅拌桨,并研究了下层桨桨径、桨间距和导流筒的影响.测定了釜内总气含率与釜下半部的气含率,发现下层桨不仅决定气含率在釜下部的分布情况,而且对自吸式桨的气体吸入量也有很大影响,与理论推导的结果完全吻合.找到了合适的搅拌浆组合形式,该组合符合流体力学理论,在工业装置上的应用取得成功.     

内循环流化床颗粒流动特性的数值模拟

采用离散单元法分析了非均匀布风方式下流化床内的气固流动特性.数值模拟结果表明:床内存在大尺度的颗粒横向循环流动;高风速区为气泡活跃区域,气泡尾涡裹挟颗粒上升是形成内循环的关键环节;供风非均匀程度越大,颗粒内循环力度越强烈;改变风速,颗粒流量变化显著;倾斜布风板设计有利于促进颗粒定向循环过程.