镁熔液中氢气泡析出动力学模型

针对镁熔液中氢气泡的析出过程,分析氢气泡析出的动力学特性。考虑多种因素对氢气泡析出影响,对镁熔液中氢气泡上浮运动进行受力分析,利用牛顿第二定律得出氢气泡上浮运动过程中的瞬时加速度方程,并结合气体状态方程、传质边界层方程及流函数等相关性质,推导出镁熔液中氢气泡在析出过程中气泡速度、气泡半径、气泡上浮高度与时间变化关系的动力学模型。采用龙格库塔算法将模型方程在MATLAB中进行编程计算,得到气泡传质速率与时间及气泡半径与时间的关系曲线。研究结果表明:氢气泡形核后析出,随着上浮高度的增加,气泡速度与半径都随之变大,加速度先增大后减小;临近界面处,气泡趋于某一速度值析出并破裂。此模型为镁熔液中氢气泡的形成机理提供了一定的理论基础,对镁合金液态质量控制具有重要意义。     

液态金属熔体中气泡运动特性数值模拟

为了揭示高温液态金属熔体中气泡运动规律及其彩响因素,应用VOF方法对单个气泡在液态金属中的运动特性进行了数值计算,得到了与实验数据相符合的气泡变形及上升速度规律;分析预测了表面张力对气泡变形过程的影响及单个气泡在液态铝熔体中的运动轨迹．结果表明,气泡的变形随着奥托斯数的减小而减小;其运动规律是呈螺旋式上升的,容器半径越小、气泡越小,气泡的摆动幅度越大．     

磁流化床中铁磁颗粒流化特性的数值模拟

针对磁流化床中颗粒浓度高,相互作用强的特点,在双流体模型的基础上,引入颗粒流的动力学理论,对床内铁磁颗粒在不同工况下的流化特性进行数值模拟.计算结果表明:在无磁场或弱磁场作用下,床内多处产生气泡,颗粒呈鼓泡流化状态;在适度磁场作用下,磁场对颗粒的作用明显,可以抑制床内气泡生成,实现颗粒的稳定流化.增大气体表观流速比后,磁场的调节作用相对减弱,颗粒不能实现稳定流化.与试验数据比对,二者吻合较好,数值模拟结果较好地反映磁流化床中颗粒的流化行为.     

单泡空化振动系统的动力学数值模拟

根据微气泡的动力学方程,用数值计算的方法,采用改进的初始半径对单泡超声空化现象进行了研究。分析表明：气泡的振动对初始半径这个参量很敏感;气泡崩溃速率随气泡初始半径的增加而增大,在一定范围内能保证空化泡稳定的振动,在初始半径为1.6μm处空化程度最强,如果继续增大初始半径则空化程度减弱甚至消失、同时,将分析结果与前人的实验数据比较,发现在考虑液体的可压缩性以后对单泡最佳空化区域有很大的改进。     

超声场中双气泡非线性动力学参数

从气泡动力学出发,建立了双气泡在外加声场作用下的运动方程,对气泡间的相互作用力进行了研究.研究结果表明：考虑到气泡之间相互作用后,气泡的运动方程、谐振频率、谐振时半径的变化情况明显与单个气泡不同,这些参数不只与气泡各自的初始半径,外加声压强度,液体的黏滞性等因素有关,还与它们之间距离和相对另一气泡的初始半径有关.研究发现：气泡的谐振频率与它们之间距离有关,随着气泡之间距离的增大,其谐振频率在不断减小.但当它们之间的距离增大到某一值时,其谐振频率趋于一定值.这也可以理解为当气泡相对较远时它们之间的相互作用对其影响可以忽略,此时的谐振频率即为单泡的谐振频率.对于谐振时它们的半径变化而言,两气泡之间的作用是相互抑制的,但气泡的初始半径的不同,这种抑制作用的强、弱不同.气泡初始半径相同的气泡,相互抑制作用较弱,数值计算表现出半径相同时其谐振半径的变化幅度要大于半径不同时的结果.     

同轴两个气泡融合特性的数值研究

为了进一步研究气泡融合特性以及开发高效的界面追踪程序,以PLIC界面重构技术为基础,采用不分裂算法计算了目标网格向周围26个网格的输运流量;采用统一的表达式计算输运流量,大大降低了程序编写的难度.将PLIC算法与气液两相流动控制方程相结合,数值计算了直径为0.8～14 mm的单个气泡的最终运动速度,模拟结果与文献中的实验结果吻合良好.研究了同轴两个气泡的融合过程,发现表面张力很大时,两个气泡近似独立运动,不发生融合;表面张力很小时,气泡容易发生破碎;气泡发生严重破碎时,尾部气泡会从顶部气泡的轴心穿过;液体黏度与表面张力对气泡融合时间的影响不是单调的.     

同轴式微通道壁面润湿性对微细气泡生成特性的影响规律

微细气泡的生成时间和大小对污水处理的效率具有重要影响。为探究微通道壁面润湿性对微细气泡生成特性的影响,采用两相流水平集的方法模拟研究不同接触角下微细气泡的生成过程。以接触角为主变量,液体流量、气体压强和气体类型为次变量,探究次变量对微细气泡生成时间和脱离体积的影响。设计并制造了同轴式微流控芯片,开展微细气泡生成特性的试验。结果表明接触角在0-180°递增时,微细气泡的生成时间总体呈下降趋势,脱离体积先增加后减小,其中90°接触角为生成时间的分界点和脱离体积的峰值点。此外,三个次变量中液体流量的变化对微细气泡生成特性的影响尤为显著,液体流量越大,其生成时间和脱离体积越小。实测值与仿真值的偏差在正负百分之十以内,验证了微通道壁面润湿性对微细气泡生成特性的影响规律。     

格子Boltzmann方法模拟空化泡溃灭和微气泡的初生

空化泡溃灭对近壁面的冲蚀是流体力学研究中的重点,新兴的格子Boltzmann方法能很好的从底层描述多相流问题.基于格子Boltzmann Shan-Chen模型,耦合了Carnahan-Starling状态方程和可精确得出外力项的精确差分法,利用无滑移反弹边界处理格式和压力边界条件,完整可视化的模拟了二维流场下单气泡在90°刚性壁面拐角处的溃灭泡形演化,并分析了流场内气泡的动力学行为.发现在特定的入口差压和气泡初始半径条件下,在大气泡的压缩过程中90°刚性壁面拐角处可诱导生成新微气泡,生成的新微气泡伴随着大气泡的进一步压缩而溃灭,溃灭释放的反弹压力冲蚀壁面.刚性壁面的阻滞作用对气泡的变形及溃灭影响很大,会减缓气泡的溃灭时间,抑制气泡振动,而且刚性壁面的阻滞效应整体上也是气泡初始半径R0、气泡泡心到刚性壁面的距离b和入口压力差ΔP等共同作用的结果.微气泡的生成表明刚性壁面夹角处的气泡溃灭会产生复杂的涡旋结构,涡旋可促进其他空化泡的形成.流场内涡旋流动特性应是研究空化效应的又一亮点.     

对声致发光单气泡半径计算

从Keller-Miksis方程出发,推导出声致发光气泡半径微分方程,通过数值计算,计算出不同驱动声压,不同驱动声压频率下的气泡半径,讨论了驱动声压,驱动声压频率与声致发光气泡半径的关系,得到理论计算结果与实验数据很好的吻合.     

静水中气泡上升运动特性的数值模拟研究

采用数值模拟和实验研究相结合的方法,对静水中气泡上升运动特性进行了研究。在考虑和不考虑Basset力的情况下对推导出的静水中单个气泡上升运动控制方程进行耦合求解的基础上,对比分析了不同初始半径气泡上升速度模拟值与实测值之间的差异,研究了在考虑Basset力的情况下静水中不同初始半径气泡的模拟上升速度与时间的关系以及上升速度和初始半径对气泡半径变化率的影响。     

Numerical modeling of dimethyl ether （DME） bubble growth and breakup

A numerical program is written to simulate the process of vapor bubble growth with spherical symmetry from the thermodynamic critical radius in an initially uniformly superheated liquid. The program is validated by the experimental data of superheated water. The calculated results agree with those of experiments well. The program takes into account the variations of properties with temperature precisely to simulate the DME bubble growth under flash boiling conditions. Considering the influences of pressure, surface tension and viscous stress, the linear stability analysis method is adopted to deduce the dispersion equation to represent the disturbance development during the bubble growth, and a new criterion for bubble breakup is established. The results show the bubble becomes more unstable with the increase of bubble Weber number and void fraction, and that with the increase of bubble growth rate or the decrease of initial radius ration of droplet to bubble, the breakup time of bubble becomes shorter.     

Heat Transfer Process of Bubble during the Occurrence of Cavitation in Hydraulic System

Thermal characteristic of cavitation has great influence on the process of occurrence,development and collapse of bubble in hydraulic system. By choosing the stage of bubble growth as the research object,combining with the characteristic of the process of bubble occurrence and development in hydraulic system, and ignoring the impact of thermal radiation,the heat transfer situation of bubble growth was analyzed under appropriate assumptions of thermodynamic conditions in the bubble generation and development process. The mathematical expression of the temperature change of bubble was deduced using thermodynamic principle. Through combining the expression with classic Rayleigh-Plesset Equation,numerical calculation was carried out and the temperature variation over time（ or bubble radius） was obtained. The influences of convective heat transfer coefficient of bubble and polytropic exponent on the thermodynamic process of bubble were analyzed. Finally,the thermal characteristic of bubble growth after cavitation occurrence was summarized.     

热孤子与微细通道相变传热研究

对于微槽流动相变传热,在给出汽泡的平衡半径及初值条件的前提下,提出了汽泡在微槽中演化半径的系综公式,并在此基础上结合汽泡生长随机变量的相关性得出了汽泡在微槽道中生长满足的随机微分动力方程,由方程的定态解进一步得出了微槽中汽泡生长系统的势能及概率密度函数随半径的演化规律。根据微槽中反应汽泡热通量的热孤子表达式,从理论上获得了以核态沸腾为主的微槽相变传热计算公式。为了验证该公式的可行性,本文对具有23条平行的0.3 mm×2mm 微槽进行了相变传热实验,实验结果验证了理论计算公式的可行性。     

多元热流体吞吐水平井热参数和加热半径计算

多元热流体吞吐已成为海上稠油的主要热采方式。为优化注入参数,对水平井井筒沿程热力参数和加热半径进行预测。考虑井筒流动与油层渗流的耦合,建立水平段井筒中多元热流体流动和换热的数学模型。计算多元热流体水平段沿程压力、干度和加热半径分布,分析气体含量、注入速度等因素的影响。结果表明:在注入过程中,水平段沿程压力和蒸汽干度逐渐下降,加热半径呈先下降后上升的"U"型变化;保持其他条件不变,适当降低非凝结气体含量、增大注入流量,有助于扩大加热范围。     

金刚石压腔结合高速录像进行气–液体系中气相溶解、出溶动力学原位研究

利用水热金刚石压腔原位观测优势,结合显微镜高速录像技术,进行空气–H2O体系中气相溶解和出溶动力学实验研究.实验对金刚石压腔体系气泡生长、溶解过程进行原位实时记录,根据录像文件分解的照片来精确确定反应时间和温度,利用照片所记录的气泡半径随时间的变化来推算其体积生长参数和溶解程度.气–液相均一体系降温可促使气泡出溶,降温...     

文丘里管反应器空化泡的动力学特性

应用四阶Runge-Kutta法,对空泡径向非线性方程进行数值模拟,分析了文丘里管反应器内空泡的成长与溃灭特性以及湍流作用、空化泡初始半径、入口压力对空化泡运动特性与形成压力脉冲的影响规律.结果表明:在湍流作用下,气泡崩溃时压力脉冲远大于非湍流的效果,初始半径越小,压力脉冲越大,入口压力变化对压力脉冲影响有一最佳值.     

超声处理溶液中蔗糖晶体的生长

研究超声处理对溶液结晶晶体生长的影响。结果表明，作用效果与晶休尺寸和空化泡半径有关，当晶种尺寸小于空化泡半径时，超声对晶体生长有促进作用；而当晶种尺寸数倍大于空化泡半径时则有反作用，使晶休表面凹蚀。     

伴随相变的不互溶二元液体混合物的传热 (一)连续介质中液滴的流体力学和相变过程

本文应用电影摄影技术,对液滴在某一与之不互溶的液体中运动且不断汽化过程的传热及流体力学特性进行了实验研究,并且在理论上对这一过程进行了模型化分析。该模型主要对一个汽化着的泡滴与周围连续介质进行的直接接触传热以及泡滴在连续介质中不断汽化并做相对运动的规律进行了描述。根据这一模型,可以预测任一液滴在连续介质中汽化并运动时的传热速率、汽化速率、泡滴的瞬时大小、速度、位置等重要参数。在计算机上对该模型进行数值计算,其结果能够与放大的照相胶片上得到的实验结果较好地吻合。该理论模型的建立,为进一步研究不互溶二元液体混合物的流动传热奠定了基础。