溢流式筛孔板热水塔内单气泡的可视化实验

以煤气化渣水回收系统中的蒸发热水塔为研究对象,对热水塔内孔径为5 mm的塔板上单气泡的形成和运动特性进行了可视化实验,借助高速相机和图像处理方法得到了气泡整个生长周期的形变过程及运动特性。实验结果表明:气泡的生长周期分为3个阶段:形成区、上升区和振荡破碎区。气泡等效半径在形成区迅速增大,在上升区和振荡破碎区缓慢增加;气泡长径比在形成区呈衰减变化,而在振荡破碎区变化规律性较差;蒸汽气泡的y向形心运动速率先增大后平稳波动,氮气气泡的y向形心运动速率处于一直增加的状态,但在振荡破碎区的运动规律较差,蒸汽和混合气体气泡在冷凝过程中均出现了中空现象。对于混合气体气泡,氮气流量的增加导致气泡形成和破碎的时间变短,阻碍了蒸汽传热冷凝。     

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．     

气泡在静水中上升破裂产生射流特性的数值模拟

为了研究不同直径参数对气泡上升、破裂及产生射流的影响,建立了二维旋转数学模型,选用SIMPLEC算法进行数值计算,对单个气泡在静水中运动进行了数值模拟.采用VOF界面几何重构方案,追踪气泡运动过程中气泡表面的变化,并监测气泡上升速度随时间的变化特性.探讨了气泡在抵达自由液面时的破裂机理以及气泡破裂时产生射流的特性.结果表明:气泡在上升过程中逐步由球形变为椭球状,在到达液面时破裂,并产生射流,随着气泡直径的增加,气泡上升速度逐渐增大,气泡破裂时喷射的射流也越高.     

用Level Set方法对水下两个气泡运动的数值模拟

利用Level Set方法,三维数值模拟了两个气泡的上升运动.通过改变气泡尺寸及位置,研究气泡对在上升过程中的尾迹流及其相互作用规律.数值模拟准确再现了气泡对的变形、吸引或排斥行为,气泡上升速度计算结果与经验关联式结果吻合;气泡周围的速度场揭示了两个气泡尾迹流的流体动力学作用;对于水平或垂直放置的气泡对,当下方气泡有大于50%的投影面积进入到上方气泡的尾流区时,两个气泡将发生聚并现象.     

底吹中间包气泡形成过程的数模研究

采用两阶段模型，使用MATLAB语言编程，对中间包气幕挡墙砖中气泡的形成过程进行了数学模拟，研究了影响气泡大小的因素。结果表明：中间包内所形成气泡的大小主要受气体流量、钢液流速和气孔直径的影响。气泡直径随气体流量的增大而增大，随钢水流速的增大而减小，随气孔直径的增大而增长。孔径增大对气泡直径的影响较明显，孔径较小且只在较小范围内波动时，钢液流速和气体流量是主要影响因素。     

引气剂对混凝土气泡特征参数的影响

对比研究了掺6种引气剂混凝土的含气量、气泡间距系数、孔径分布及气泡平均直径等气泡特征参数.结果表明,除个别引气剂外,掺不同引气剂的新拌混凝土,其含气量与硬化混凝土含气量及气泡间距系数之间不存在相关性;即使新拌混凝土含气量相同,掺加不同品种引气剂混凝土的气泡间距系数、孔径分布依然有显著差别.同一品种引气剂,随含气量增加,气泡间距系数先减小后增加,小气泡和气泡总数先增加后减少;含气量过大,气泡结构变差.用含气量来评价掺不同品种引气剂混凝土的抗冻性,可能会产生较大的偏差.     

垂直壁面附近单气泡运动特性可视化研究

为了明晰气泡在壁面附近的浮升行为及运动规律,采用高速摄影结合阴影图像处理算法,对水中近壁面气泡的迁移行为进行了可视化研究,探讨了不同初始离壁距离条件下气泡运动轨迹、形状和上升速度的变化规律。研究结果表明：在气泡上升的初始阶段,当气泡与壁面量纲一间距S^*≤1.4时,气泡趋向于壁面运动;当S^*≥2.05时,气泡远离壁面运动。在本研究的参数范围内,当S^*≤0.61时,气泡与壁面发生周期性碰撞,碰撞瞬间气泡水平速度发生反转,气泡形状由椭球形突变为球形;当S^*≥1.4时,气泡与壁面不再发生碰撞,气泡呈“之”字形振荡上升,上升轨迹近似于正弦曲线。随着气泡初始离壁距离进一步增加,气泡上升轨迹振荡的幅度减小,周期增大,壁面效应逐渐减弱;当气泡变形程度减小时,气泡纵横比的振幅变大。气泡水平速度呈现与气泡轨迹相同的变化趋势,振幅减小,周期增大;而气泡垂直速度基本不随初始离壁距离的改变而变化。当气泡与壁面不发生碰撞时,气泡垂直速度的振荡周期为水平速度振荡周期的1/2。     

初始形状对浮升气泡动力特性的影响

采用Level Set方法,三维直接数值模拟了浮力作用下单个气泡的上升运动.数值模拟中,气液系统的物性参数设置为埃奥特沃斯数Eo=1～103,莫顿数Mo=10-10～102.数值研究了气泡的初始形状对气泡的变形和上升速度的影响,并与文献中结果进行了比较;给出了高Eo时气泡由球帽状转变为气泡环的结构相图,确定了二者形状转变的Eo和Mo;最后详细分析了初始形状影响气泡动力学特性的机理.模拟结果表明:低Eo(Eo<52)时浮升气泡的终端形状与上升速度基本不受初始形状的影响;高Eo和低Mo时的浮升气泡受初始形状的支配,呈现出球帽状和气泡环两种最终形状,初始气泡的高宽比越大,气泡越容易变形为气泡环,上升速度的脉动也越剧烈.     

浮选三相流中气泡运动特性的数值模拟

为获取浮选气泡在矿浆中的运动规律及三相流中浮选气泡的最佳尺寸,运用欧拉模型模拟不同初始直径的气泡在不同密度矿浆中的运动过程.结果表明：在给定的初始条件下,同一浓度的矿浆中,单个浮选气泡所能捕获的矿物量以直径4 mm的气泡最多,气泡尺寸增大或减小后,其矿物捕获量都有所减少.当矿浆中固相质量分数在20%~40%之间变化时,矿物捕获量最多的气泡尺寸变化不大,并且随着矿浆中固相质量分数的增大,单个气泡的捕获量增大,矿物粒子回收率增加.在实际生产中,直径为3.5~4 mm的中等大小气泡在运动过程中变形程度小,气泡水平偏移及浮升速度适中,对矿物粒子的捕获率及运载能力和浮升能力较强,有利于提高浮选产量和质量.     

超声作用下水中微气泡的运动特性

超声促晶过程中,水或溶液中气体微泡的运动特性对结晶过程具有重要影响。建立了水中单个气泡的运动方程,讨论了各种力学因子和气泡粒径对单气泡上浮的影响;重点研究了气泡在外加超声波作用下,气泡粒径的变化规律以及气泡的运动特性。研究结果表明:静水中气泡的上浮速度随时间增加而逐渐增大,上浮初始阶段必须考虑由于加速度所引起的虚拟质量力和Basset力对上浮速度的影响;气泡上浮过程中其粒径越大则上浮速度越大;超声作用下,声压梯度力对气泡运动速度的影响强于其他力学影响因子,其速度变化与超声波发生规律一致;当气泡的初始位置处于超声场的不同位置处,气泡运动的方向相异,气泡具有上下两个方向的位移变化。