浸没侧吹气体的流动和穿透行为

浸没侧吹技术目前被广泛应用于火法冶金，极大促进了冶金工业的发展。本文旨在进一步了解火法冶金中的气液相互作用机制。本文采用高速摄像-数字图像处理-统计方法，系统研究了气体流量、喷嘴直径和喷嘴倾斜角度对空气-水体系中浸没侧吹气体的时空分布和穿透行为的影响。结果表明，随着气体流量的增加，气体运动将逐渐从鼓泡机制转变为稳定射流机制，并将逐渐形成完整射流结构。当气体流量较低时，在喷嘴上方将形成一个由大气泡构成的气泡区域。当气体流量和喷嘴直径均较大时，在喷嘴上方将形成一个由微小气泡构成的气泡区域。增加喷嘴倾斜角度将导致形成完整射流结构需要更大的气体流量。在采样时间内，无量纲水平和竖直穿透深度呈高斯分布。减小喷嘴直径，增加气体流量或喷嘴倾斜角度，将扩大气体的分布范围和采样时间内气体穿透深度的离散性。通过量纲分析，获得了误差在±20%以内的关于气体穿透深度的新关联式。由当前研究提出的关联式计算出的120 t转炉中氩气-熔体系统的水平穿透深度与文献中关联式的计算结果和文献中的数值模拟结果非常接近。     

连铸结晶器内气泡运动行为及影响因素

为了研究连铸结晶内气泡的运动行为及影响因素,采用了改进的数学模型对气泡在钢液内的运动行为进行了模拟.数学模型考虑气泡的弹开、聚合以及破碎行为,分析了不同拉速和浸入深度对气泡分布范围、含气率以及气泡平均直径的影响.研究结果表明:初始直径较小的氩气泡在水口内的运动过程中会发生碰撞聚合,生成大气泡.相同拉速下,气泡的分布范围和含气率随着水口浸入深度的增加而增大,气泡平均直径随浸入深度的增大而减小.相同浸入深度下,气泡的分布范围和含气率随着拉速的增加而增大,气泡平均直径随拉速的增大而减小.拉速对气泡直径的影响大于浸入深度的影响.     

电解质对溶液中气泡大小的影响

本文利用激光粒径分析仪，研究了在鼓泡塔反应器中电解质溶液对气泡大小的影响。实验结果表明，气泡表面吸附电解质离子后改变了气泡表面的性质，抑制了气泡的聚并，使气泡的平均直径减小。还发现气泡大小与电解质溶液的离子强度有关，而与离子的类型关系不大，并得到气泡直径与离子强度的关联式。     

利用摄相法研究三相流化床中的气泡行为

利用摄相法研究了二维气－液—固三相流化床中气泡的大小及上升速度，分析了操作条件的变化对气泡行为的影响，提出了气泡直径及气泡上升速度的经验关联式．     

吹氩钢包内气泡聚并破碎和运动行为

基于Euler-Euler双流体模型及PBM模型,建立了吹氩钢包流场数学模型.此模型考虑了吹氩钢包内气液两相之间的曳力、升力、湍流扩散力和气泡的聚并和破碎等因素.研究了气泡聚并破碎对钢包钢液内含气率、气泡速度和混匀时间的影响,并与定气泡直径下的流场进行对比.数值结果表明:PBM模型的预测值更接近实验结果;钢包内气泡分布为中心区域气泡直径大,从中心到气液边界处气泡直径逐渐减小,气液两相区边界处直径最小;在钢包轴线上气泡速度先急剧增加然后缓慢减小,在接近液面处气泡速度又急剧减小.     

液压油箱内气泡流动观测及气泡分离方法

针对液压油箱内气泡流动的现象,搭建气泡流动可视化试验系统,观察回油管出口附近气泡的流入和液压泵吸油管处气泡的吸入过程,获得气泡分布规律.利用Fluent中的欧拉-欧拉多相流模型,对液压油箱内流场进行气液两相流三维数值计算.基于气泡流动可视化试验结果和气液两相流的流动特性,提出两种实现气泡快速分离的方案.研究表明:系统回油管中油液携带直径大小不同的气泡进入到油箱内,快速弥散于整个油箱油液中;较大气泡能够快速上浮、逸出液面,直径较小的气泡随液流被液压泵吸入;在油液流入油箱前,通过改变油液的流态,形成旋转流或紊态流,可以使气泡从油液中快速分离.     

制冷工质R11池沸腾换热气泡行为的可视化研究

采用可视化实验技术对压力为0.1MPa的条件下、制冷工质R11池沸腾气泡行为进行了深入观察和分析．可视化实验结果表明，气泡底部微液层的蒸发对气泡的生长具有极其重要的作用．在气泡生长过程中，未发现气泡底部的微液层有液体补充．研究结果表明，随着壁面过热度的升高，气泡脱离直径与脱离时间减小，而气泡脱离频率升高．此外，通过对实验图像资料的分析，得到了气泡直径及气泡底部干斑直径随时间的变化曲线以及沸腾表面汽化核心密度随热流变化的关联式．基于实验结果，利用动态微液层模型对制冷工质R11的池沸腾曲线进行了预测，结果显示，预测值与实验值在高热流密度条件下符合较好．     

基于光电池阵列的小通道气液两相流气泡参数检测方法

提出一种基于光电池阵列的小通道气液两相流气泡尺寸(气泡截面直径及其截面中心点位置)检测新方法。该方法先利用光电池阵列传感器获得反映小通道内气液两相流气泡截面信息的光强分布信号,然后利用主成分分析对信号降维,最后利用支持向量机(SVM)方法分别建立气泡截面直径和气泡截面中心点位置的测量模型,并进而实现气泡截面直径及其截面中心点位置2个参数的测量。在内径为4.04 mm的水平玻璃管内进行的初步实验研究结果表明本文所提出的基于光电池阵列的小通道气液两相流气泡尺寸检测方法是可行的、有效的。气泡截面中心点位置测量的最大相对误差小于8%,气泡中部截面直径测量的最大相对误差小于10%。     

以鲍尔环为内构件的鼓泡塔反应器的流体力学性能

对二甲苯氧化合成对苯二甲酸常用鼓泡塔作为气液反应器,以填料为内构件可以强化鼓泡塔反应器的气液接触状况,从而提高反应速率。以金属鲍尔环为内构件,考察鼓泡塔反应器的气液接触状况,采用高速摄像技术对气泡群进行图像分析,同时利用体积膨胀法测定气含率,研究不同型号鲍尔环作用下的气含率、气泡尺寸和粒径分布。结果表明,Φ25鲍尔环对气泡的切割效果最好,气泡的尺寸分布较为集中,主要处于3.00～6.00 mm之间,Sauter平均直径随气速增大而增大,并在高气速下趋于平缓;鼓泡塔反应器的气含率随气速增大而增大,且鲍尔环尺寸越小气含率越大。利用实验数据进行非线性回归,得到在实验气速范围内气含率与气泡Sauter平均直径、比表面积的关联式,计算值与实验结果较为吻合。     

底吹过程中基于图像处理技术的气泡直径分布特性

为了获取底吹过程中气泡群直径的分布规律,采用高速摄影法及图像处理技术对水中气泡群直径进行提取与分析。首先,对原始图像进行预处理,将其转换为二值图像,通过设定圆形度范围将其分为单气泡、粘连小气泡、粘连大气泡3类,然后运用改进分水岭分割算法对粘连气泡进行分割处理,最后得到整个气泡群的直径分布。研究结果表明:随着气泡发生聚并破碎,水中小直径气泡居多,中等直径气泡和大直径气泡较少,气泡数量与气泡直径之间的关系可近似看作呈双曲线分布;随着气体流量增大,小直径气泡数量急剧增多,同时产生更大的气泡;气泡Sauter直径与最大直径均随着气体流量的增大而增大,气泡Sauter直径与最大直径的比值C稳定在0.72左右。     

气泡干涉的远场分析

对透明液体、固体中气泡在激光照射下产生的一种非单心光束干涉进行了远场分析,得到了程差公式,分析了干涉的区域、圆环状干涉条纹内密外疏的原因,通过干涉的方法可以测量气泡的直径,能够用于介质深处气泡尺寸及泡内气体折射率的测量.     

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。     

单个气泡在加压液-固流化床中上升速度的模型与计算

以考虑浮力、液相粘性阻力和颗粒相碰撞力的气泡受力平衡关系式为基础,发展并建立了加压液一固流化床中单个球形气泡上升速度的理论模型．针对不同的床内压力和颗粒相体积分数,计算了单个气泡在加压液一固流化床中的上升速度,并与实验测量数据进行了比较。     

流体物性对空化气泡溃灭过程影响研究

文章采用VOF模型,模拟近壁面气泡在流场中的溃灭过程,研究了流体的不同物性(黏性和表面张力)对气泡溃灭过程的影响.结果表明:在近壁面,空泡将形成非对称溃灭;因水锤作用,引发高速射流在壁面产生高压而形成空蚀破坏;流体的黏度越大,气泡的溃灭周期越大,射流压强越小;空泡溃灭的周期随液体表面张力的增大而减小,射流压强随表面张力...     

流化床非平衡态热力学分析模型

用非平衡态热力学的分析方法分析了流化床系统的熵、熵产生、熵流,讨论了流化床系统的热力学分支和耗散结构分支,论证了流化床系统的能量最小原则,使热力学第二定律同流化床理论研究有机地相结合。建立了鼓泡流化床的数学模型和过渡态判据。热力学第二定律的引入,使热力学和流体动力学与流化床理论研究、耗散结构分支与系统运动形式的多样性、系统总体稳定与局部非稳定在理论描述上相统一。     

Hydrodynamic Behavior of Three-Phase Airlift Loop Slurry Reactor

IntroductionThree- phase slurry reactors have been widely usedin biological waste water treatment,fuel gasdesulphurization,Fischer- Tropsch synthesis,methanol synthesis,dimethyl ether production,fermentation ( production of ethanol andmammalian cells) ,an…     

Constrained oscillation of a bubble subjected to shock wave in microvessel

A three-phase coupled model of the gas–liquid–solid oscillation system is established to analyze the oscillation characteristics of a bubble inside a micro blood vessel with various radii and its shape changes with different interface boundaries. The results show that unlike the spherical symmetric oscillation in an unbounded fluid, the oscillating bubble has significant asymmetric characteristics under the constraint of a flexible microvessel, especially while its radius reduces to the same order of magnitude as that of the bubble. Moreover, the variation of microbubble motion, whether the geometric shape or oscillation feature, exhibits obvious differences in the micro blood vessel compared with the rigid wall. The reasons behind these phenomena are analyzed in this paper. The conclusions have significant importance in the understanding of the mechanism of microvessel injury in ultrasound therapy.     

现代医学手段诱发空蚀的形成及其影响

空泡在随液体流动过程中，当周围压力增加时，空泡体积将急剧缩小或溃灭。由于空泡溃灭过程发生于瞬间，因而在局部将产生极高的瞬时压强，当空泡溃灭发生在固体表面附近时，不断溃灭的空泡所产生的极高压强的反复作用，将破坏固体表面。对生物医学工程中的空泡和空蚀现象的形成、发展和溃灭过程及其危害，空蚀破坏机理及其影响因素，空泡演化过程的数值模拟研究等进行了综合论述，提出了研究空损伤现象需要解决的几个重要问题，为进一步深入研究和应用空化空蚀现象打下基础。     

基于分水岭算法的气泡图像分割

针对水中气泡图像的特点,设计了由反色,低通滤波和降低图像灰度级构成的预处理方法,使用基于形态学理论的分水岭算法对气泡图像进行分割,较好地从掺气水流图像中提取出了气泡。与常用的全局阈值法相比较,本研究方法具有精度高,能自动分割粘连气泡的优点。     

纳米通道内气泡核化的分子动力学模拟

为了探讨壁面浸润性与流体初始密度对气泡核化位置以及纳米气泡在凹槽内生长核化影响规律,本文采用分子动力学方法研究纳米结构微通道内液体氩的沸腾核化过程。通过改变固液势能的相互作用参数来调整壁面浸润性。结果表明：纳米凹槽壁面浸润性对气泡核化过程具有重要的影响。一方面,当固体表面的浸润性较弱时,凹槽内流体受排斥力的作用,原子排布比较稀疏,原子碰撞频率增大,局部活化能聚集,从而导致气泡在纳米凹槽内形成。另一方面,当壁面浸润性较强时,气泡会在微通道中央形成。此外,区别于均质浸润性纳米凹槽内气泡曲率半径及接触角保持不变的核化动力学行为,其在异质亲疏水匹配的纳米结构微通道内产生了显著的差异。当壁面浸润性维持不变,核化气泡的曲率半径随着流体初始密度增大而增大,与之相反,稳态接触角却随之减小。