声场中双空化气泡之间的相互作用及气泡动力学研究

从双气泡耦合振动方程出发研究了强声场中一对初始半径与气泡间距相当的气泡对的耦合振动及气泡之间相互作用的特征.研究结果表明:具有此类特征的气泡之间的相互作用力能够增加气泡能量转换的能力,耦合气泡的非线性振动强弱取决于驱动声压振幅、驱动频率和气泡对的初始半径,在一定的声场频率范围内,此类气泡之间的相互作用均表现为相互吸引.     

声场中椭球形气泡的体积振动研究

利用Lagrange方程得到了3个半轴呈一定比例的椭球形气泡的体积振动方程,探讨了不同驱动声场、不同半轴比例下椭球形气泡的体积振动和共振频率,并与同样体积下的球形气泡进行对比。结果表明:同样声场驱动下,椭球形气泡的体积变化振幅小于球形气泡体积变化振幅,椭球形气泡越偏离球形,气泡体积改变量越小,反之亦然;椭球形气泡的共振频率取决于其3个半轴长度的比值和气泡均衡体积。     

水中空化单泡的磁场效应

基于Navier-Stokes(N-S)方程,推导了稳恒磁场存在时水中空化单气泡的动力学方程,同时数值分析了磁场对气泡运动的影响,并从能量角度讨论了能对水中气泡产生有效抑制作用的磁感应强度范围。结果表明:磁场对气泡振动产生抑制;随着磁场增大,气泡的振动幅度及振动周期减小;磁场能对水中气泡行为产生有效抑制效应的下限应大于0.5T。     

强磁场对镓流体中气泡振动的阻尼效应

基于磁流体动力学,忽略流体磁化效应,建立了有限幅度超声场驱动下均匀磁场环境中气泡的动力学方程,并数值模拟了镓流体中磁场、表面张力、静态压及黏性力对气泡运动的影响,同时基于能量关系分析了磁场对气泡能产生有效抑制作用的理论下限.结果表明:强磁场对气泡振动具有阻尼效应,尤其对气泡的小振幅回弹振动具有强阻尼作用,与表面张力、静态压及黏性力作用相比,磁场作用和黏性力作用类似,可认为,磁场主要通过改变黏性力影响气泡的运动状态;另外,磁场能对镓流体中气泡振动产生有效抑制效应的下限约为0.5T,与数值计算结果一致,即在实验室常用磁感应强度条件下,磁场对气泡振动影响微弱,只有在强磁场(大于0.5T)条件下,对气泡振动的阻尼效应比较明显.     

液态泡沫铝合金泡孔长大与析液过程的数值模拟

建立了一个描述液态泡沫铝合金中气泡分布随时间变化的数学模型,其中同时考虑了气泡间气体扩散和析液过程的影响,即耦合求解泡沫尺寸分布方程和一维析液方程,从而得出泡沫中气泡孔径分布随时间的变化规律.通过与液态铝泡沫试验结果的对比验证了该模型的正确性.计算结果表明泡径随时间以指数规律增长,这与MacPherson等人新近的理论结果相符合.研究了初始液体体积分数、表面张力、亨利常数、扩散率等因素对泡沫尺寸分布演化的影响.结果表明:表面张力越大、亨利常数越大,泡沫尺寸演化过程越剧烈.     

泄水建筑物水流掺气复氧数值模拟

为了深入地认识泄水建筑物掺气水流的复氧过程,该文应用水气两相流混合模型计算了包括水垫塘在内的泄水建筑物水体的掺气浓度、流速、紊动粘性系数等特征参数。应用气泡界面传质理论建立了掺气水流的溶解氧对流扩散方程。不同试验工况的结果验证了掺气复氧数学模型的合理性和可靠性,表明该模型符合坝身泄流的特点,充分体现了过坝水流对大气的卷吸与紊动混掺。     

黏性对含气泡液体中声波传播的影响

用有效介质理论、在线性近似的基础下研究了含气泡黏性液体中线性声波的传播特性,主要调查声波的衰减系数和相位速度随各种因素的变化规律.在研究中充分考虑到液体的黏性对气泡的振动方程和声波的波动方程的影响.研究发现声波的共振吸收是由气泡的共振引起的,但是要受到气泡间相互作用的影响.这种相互作用不仅导致声波的共振吸收频率和气泡的共振频率之间的差异,还引起共振吸收频率半宽度的增大.在低频非共振吸收区,主要调查了黏性和气体的体积分数对声波传播的影响.此外我们把黏性对声波的影响方式分成两类,即通过气泡的振动方程和通过声波的波动方程.我们分析了两类方式所起的作用,并大致给出某些近似理论成立的条件.     

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。     

扩散方程的稳态近似分析：Ⅰ.稳态近似法处理过程

反应器内层状渣(锍)、金液界面两侧内扩散、团块、气泡、粉粒或液滴内的扩散都是有限长度区间上传质问题;获得有限长度区间上扩散方程的近似分析解可兼有学术和应用价值。以质量守衡原理、菲克扩散定律为物理基础以对方程的离散化处理为手段以基于浓度变化率随时间不变的假设获得扩散速率近似式为必要步骤给出了对有限长度区间内扩散方程进行稳态近似法处理的过程;同时获得了二、三类边界条件下扩散方程的一个稳态近似解。对近似解和精确解偏差进行了分析。笔者对扩散方程的稳态近似法处理过程可以应用于工程上。     

声场中气泡间次Bjerknes力和气泡群聚现象

基于双气泡耦合振动方程,研究了强声场中初始半径为10μm以上的两个球形气泡之间的次Bjerknes力,并探讨了驱动声压振幅、驱动频率、气泡间距和双泡的初始半径对次Bjerknes力的影响。结果表明:强声场中气泡运动的非线性效应,使泡间的次Bjerknes力增加,进而导致气泡大量聚集,互相牵制,形成稳定的气泡结构,即气泡群聚现象。     

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.     

典型污染物对微气泡曝气中氧传质特性的影响

微气泡曝气是一种新型的曝气方式,废水中的污染物对微气泡曝气中氧传质过程具有显著影响。采用气-水旋流微气泡发生装置进行空气微气泡曝气,考察了微气泡曝气中表面活性剂、油脂、苯酚、硝基苯、悬浮固体(高岭土)等典型污染物对氧传质的影响。结果表明,微气泡曝气和传统气泡曝气的表观状态具有明显差异,呈现乳浊状态。表面活性剂、豆油、苯酚、硝基苯等污染物均有助于微气泡的产生和稳定性,从而提高微气泡曝气的气含率和气泡平均停留时间。同时,这些污染物存在时,微气泡曝气氧传质系数为7.44～11.56h-1,α因子为0.77～1.20,显著高于传统气泡曝气。污染物对微气泡的形成和稳定性具有积极作用,可以克服其对氧传质过程的负面效应。气含率和污染物种类是影响微气泡曝气氧传质过程的重要因素。     

Interaction between microbubble and elastic microvessel in low frequency ultrasound field using finite element method

The interaction between microbubble and elastic microvessel wall has been hypothesized to be important in the mechanisms of therapeutic ultrasound applications.In this study,a 2D axisymmetric finite element numerical model is established to study the interaction between elastic microvessel wall and oscillating microbubble in low frequency ultrasound field using fluid solid interaction method.The numerical results show that the bubble oscillation induces the vessel wall dilation and depression.The von Mises stress distribution over the microvessel wall is heterogeneous and the maximum value of the midpoint on the inner vessel wall could reach 0.23 MPa and 1.32 MPa under PNP 0.2 MPa and 0.5 MPa,respectively.When the bubble collapses,the circumferential stress decreases rapidly and the transmural pressure increases dramatically.Noticeably,the circumferential stress becomes compressive with the maximum magnitude 1.83 MPa under PNP 0.5 MPa,larger than the maximum tension value.It is possible that the rapid compression stress during bubble collapse plays important role in mechanical effect on microvessel wall endothelial lining disruption.     

鼓泡塔内气含率分布与流场的CFD模拟

采用CFD商业软件对单层分布器、双层分布器和带导流筒3种结构鼓泡塔内气液分散性能进行数值模拟。研究结果表明,随着通气量的增加,鼓泡塔内气含率增高,但其分布的均匀性变差。鼓泡塔内存在过渡流域和充分发展流域,在过渡流域,塔内水平截面平均气含率随轴向高度而增加,在充分发展流域,塔内水平截面平均气含率不随轴向高度变化,2种流域的分界线位置和鼓泡塔的结构有关,而几乎不受通气量大小的影响。在相同通气量下,双层分布器和带导流筒鼓泡塔内平均气含率比单层分布器鼓泡塔低,但双层分布器相对单层分布器鼓泡塔可改善在耗氧反应体系中氧气分布的均匀性,采用带导流筒鼓泡塔可改善液体在塔内循环,使气-液反应在塔内更加均匀。     

铜扁线连续挤压气泡缺陷的研究

通过对铜扁线气泡缺陷的研究,找出了气泡缺陷产生的主要原因:上引无氧铜杆中的气泡、杆料表面被氧化或污染、腔体堵头发生轻微变形带入的空气、运转工作间隙不合理问题带入气体等.针对产生气泡原因,采用低温熔炼、扩展模、用防尘布包裹、更换挤压轮密封圈、按工艺规定调整工作间隙至规定值等具体解决措施应用于生产.     

表面张力测定方法的现状与进展

表面张力是影响各种化学反应和生物反应的关键因素之一,也是液体重要的物理性质。介绍了常见的几种测定表面张力的方法,包括毛细管上升法、最大气泡压力法、吊环法/吊片法、滴重法/滴体积法、振荡射流法、旋滴法和悬滴法,着重介绍了悬滴法用轴称滴形分析测定表面张力的进展。     

无泡曝气工艺实验研究

实验研究了中空纤维膜向水中进行无泡曝气的工艺过程,结果证明,这是一种高效的新型曝气工艺技术,其供氧的总传质系数可以达到605h-1,是传统气泡曝气方式的6倍以上;水流速和气体压力是影响无泡曝气供氧能力的2个主要变量,通过控制气压可以定量调节曝气量。     

前缘附近微小板对S809翼型气动性能的影响

翼型在较大攻角下会发生失速,产生流动分离,这将直接影响翼型气动性能。对此,采取在雷诺数Re=1×106的条件下,在S809翼型前缘点附近不同位置处设置微小板,改变微小板的板长、振动振幅和频率,探究其对S809翼型气动性能的影响。结果表明：静止时,微小板的板长尺寸对控制效果影响显著,当位置和尺寸选取最优时,S809翼型在22°攻角下升阻比提升2倍左右;对抑制流动分离效果不佳的尺寸较小的静止板施加以合适振幅和频率的振动后,可以有效地抑制翼型的流动分离,得到增加升力、减小阻力的效果。     

泥-水界面微孔曝气对底泥重金属释放潜力的影响

采用自行研发的泥-水界面精准布氧系统研究了微孔曝气对安徽省合肥市南淝河城市重污染河段底泥重金属形态分布以及释放规律的影响.结果表明,微孔曝气明显改变了泥-水界面物理化学环境,增加了上覆水溶解氧(DO)质量分数和pH值,特别是显著提高了表层底泥氧化还原电位(ORP).泥-水界面微孔曝气处理显著改变了表层底泥重金属形态分布特征,显著降低了酸提取态重金属质量分数,而残渣态重金属的质量分数比例均出现不同程度增加.特别是镍(Ni)的形态变化对微孔曝气反应更为敏感,曝气前后残渣态质量分数比例由39.5%上升到55.0%.与对照组相比,在试验初期,泥-水界面微孔曝气处理下底泥间隙水重金属质量分数有所增加,但随着处理时间延长,这种增加效应逐渐减弱,至曝气处理10d以后,底泥间隙水重金属质量分数较对照组均有明显下降,尤其Ni下降更为明显.泥-水界面微孔曝气导致表层底泥中酸可挥发性硫(AVS)减少,但并没有促进底泥中重金属的释放.泥-水界面微孔曝气对底泥重金属生物有效性和释放风险的抑制效应主要归功于上覆水和表层底泥DO质量分数、pH和ORP等理化环境的改变.     

管内沸腾两相流动网络模型

依据不同的时空尺度将沸腾流动系统划分为主流区和受热区两个子系统．分析了两个子系统各自的特点,并用网络模型图对其进行描述．分析表明,介观的气泡振荡压力波和宏观压强之间是存在关联性的、进一步的研究表明,由压力信号分离成的摩阻压降pR,加速压降pa,提升压降pc三项与网络参数中的流阻R,流感L,流容C能关联起来、提供了一种从试验数据进行网络参数辨识的方法．