单液膜气泡聚并和连接过程的移动粒子半隐式法数值模拟

为了研究单液膜气泡单层液膜包裹气体的特殊结构形式和内外壁面均受气液表面张力的特殊力学形式,在拉格朗日框架下采用无网格移动粒子半隐式法并基于表面自由能表面张力模型,建立了单液膜双气液界面表面张力模型,从而实现了单液膜气泡振荡变形过程中的复杂界面计算和捕捉。在此基础上对2个单液膜气泡的聚并和连接过程进行了模拟分析,获得了典型的流动现象和液膜变形特征与规律,发现减小表面张力系数或增大黏性系数均会减弱气泡变形过程中表面张力项的变形主导作用。为此,提出了凹点切线法用于计算连接型气泡的液膜夹角,明晰了连接型气泡的形状。计算结果可为工业消泡技术提供一定的理论依据。     

液体表面张力对气泡声散射的影响

气泡在液体中受液体的表面张力和液体静态压力相当的情况下,研究了表面张力对气泡声散射的影响.建立球形气泡表面的速度和压力连续性方程,并在方程中引入气泡受液体表面张力的影响,求出了气泡在对称振动模式下的散射系数及散射声功率,并进一步推导了在多气泡的情况下的等效入射声场.通过数值分析发现,当球形气泡在液体中受液体的表面张力和液体静态压力相当时,球形气泡的半径约为10^-6m,在此情况下,液体表面张力对气泡声散射的影响只在驱动声场的角频率小于10^5rad/s时才能表现出来,并且在多气泡的情况下对等效入射声场的等效声压振幅会产生较大影响.而在驱动声场的角频率大于10^5rad/s的情况下,液体表面张力对气泡的散射系数、散射声功率及等效入射声场声压振幅的影响不明显.对于气泡的声散射问题,气泡受液体表面张力的影响需根据所研究的具体问题进行取舍.     

气泡结构调控组分对引气砂浆流动度及抗压强度的影响

选取两种代表性气泡结构调控组分,分析不同类型气泡结构调控组分对引气砂浆流动度及抗压强度的影响规律,通过对硬化砂浆孔结构特征参数和液体表面张力的测试分析,揭示气泡结构调控组分对引气砂浆流动度及抗压强度的作用机理.结果表明,增稠型调控组分环糊精通过提高砂浆液相黏度来延缓引气过程,使砂浆中的气泡(孔)细化,提高10～200μm孔径的孔隙率,从而增大砂浆的流动度,提高其抗压强度;抑泡类调控组分聚醚硅氧烷共聚物取代液膜表面引气剂分子,降低液膜局部表面张力,低掺量下使大气泡细化成为小气泡,高掺量下气-液界面膜强度降低,气泡不能稳定存在,此时总孔隙率降低,导致砂浆流动度先增后减,抗压强度不断提高.     

静止液体中顶部浸没管口处气泡形成的数值预测

综合分析气泡的受力,基于动力学平衡建立了长大-脱离的两阶段气泡运动方程.对顶部浸没管口处形成气泡的尺寸进行直接数值预测.分析了气体流量、管口内外直径以及表面张力、液体粘度和液体密度对气泡尺寸的影响.并将计算结果与实验结果进行了对比,两者吻合较好,变化趋势一致.研究表明:气泡尺寸随着气体流量以及管口的内径和外径的增加而增大.气体流量和管口内外径都是影响气泡尺寸的重要因素;在一定气体流量下,气泡的直径随着表面张力和液体粘度的增加而增大,而随着液体密度的增加而减少;随着气体流量的增加,液体粘度对气泡尺寸的影响增强,而液体密度以及表面张力对气泡尺寸的影响减弱.     

半泡法测液体表面张力系数实验探析

根据液体表面函数最低原理，证明液体表面气泡在足够大时呈半球状，在气泡稳定后，液膜收缩压与气泡球面曲率半径成反比，据此可以利用半泡法测量液体表面张力系数.     

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.     

表面张力系数与液面高度关系的研究

在测量液体表面张力系数的常规实验中,用拉脱法、毛细管法、用最大气泡压力法等研究方法测出的液体表面张力系数都是液膜刚好破裂时具有的表面张力系数,而液膜高度与所对应的表面张力系数的对应关系的研究较少。文章用拉脱法测量水膜不同高度所对应的表面张力系数。     

坚膜剂液气泡增多原因分析及改进措施

本文分析了坚膜剂液气泡增多的原因,采取了增加一套超声波消泡装置来减少溶液含气量的改进措施,有效地减少相纸泡点缺陷的产生。     

起泡剂溶液的表面张力对气泡尺寸的影响

具有起泡能力的表面活性剂的添加是气泡尺寸调控的一个重要手段.以甲基异丁基甲醇（MIBC）、仲辛醇、甲氧基聚丙烯乙二醇（DF250）、辛基酚聚氧乙烯醚（OP-10）4种具有起泡能力的表面活性剂为试验对象,测试了4种起泡剂溶液中表面张力随起泡剂浓度的变化规律及其对气泡尺寸的影响;并通过气泡直径的测量,得到4种起泡剂的临界兼并浓度.结果表明：随着起泡剂浓度的增大,4种起泡溶液的表面张力均逐渐减小并最终趋于不变;起泡剂的表面活性越强,其临界兼并浓度值（CCC）越小,三种醇类起泡剂的CCC值分别为MIBC22.6mg/L,仲辛醇18.2mg/L,DF25011.6mg/L,而表面活性最强的醚类起泡剂OP-10的CCC值仅为5.3mg/L.     

坚膜剂液气泡增多原因分析及改进措施

本文分析了坚膜剂液气泡增多的原因,采取了增加一套超声波消泡装置来减少溶液含气量的改进措施,有效地减少相纸泡点缺陷的产生。     

液体表面张力研究中,两个需要修改的问题

在液体表面张力的研究中,通过对弯曲表面附加压力知识的学习,以及用最大气泡法对不同浓度乙醇溶液表面张力的实验测定,笔者认为目前国内部分高等院校所用物理化学教材[1][2][3]及相关物理化学实验教材[4][5]存在两个需要修改的问题,以求理论知识的准确性、严谨性.两个需要修改的问题如下：一、原有知识附加压力定义为弯曲液面内外压力差,符号ΔP。上述附加压力概念应修改为附加压强,即附加压强：弯曲液面内外压强差称为附加压强,符号为ΔP。二、最大气泡法测溶液表面张力的实验,以实验理论研究为依据,最大气泡法应改为最大泡压法。     

微加热器温度场的数值求解与分析

为深入探讨微加热器表面产生周期性气泡的普遍规律,需要对微加热器的温度响应和分布进行研究.对微加热器和周围液体工质进行了无量纲固液耦合传热分析,以铂金属薄膜微加热器和液体工质水为例,通过对瞬态能量方程的理论分析和数值模拟,发现产生周期性气泡所需的无量纲加热时间与金属膜的厚度无直接关系,而与无量纲热源值密切相关;对周期性电压方波脉冲加热方式和周期性电流脉冲加热方式进行了对比,认为电压方波脉冲加热方式更符合实验需求;另外还提出了金属表面液膜的过热液层厚度和加热影响区.     

表面活性剂HY-3的表面扩张粘弹性质的研究

使用法国I.T.Concept公司生产的Tracker全自动液滴界面张力仪,通过对悬挂气泡/液滴的面积采用正弦振荡方案,利用滴外形分析方法测定阴离子型表面活性剂(发泡剂)HY—3溶液的表面/界面扩张黏弹性质。利用气泡(液滴)扩张压缩法研究了动态表面张力和表面扩张黏弹模量的影响因素。结果表明,随表面活性剂浓度的升高,HY—3溶液的表面张力逐渐降低,但当表面活性剂浓度达到临界胶束浓度时,HY—3溶液的表面张力不再降低;温度升高,HY—3溶液的表面张力降低,有助于提高液膜的稳定性。随着表面活性剂浓度的升高,表面扩张黏弹模量逐渐增大,但当表面活性剂浓度达到临界胶束浓度时,HY—3溶液的表面扩张黏弹模量开始减小;随着扩张频率的增大,表面扩张黏弹模量增大,液膜的机械强度增大,其自修复能力强,导致泡沫体系抗形变能力增强,泡沫稳定性呈现上升的趋势。     

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...     

利用凸球形液膜表面张力系数验证拉普拉斯公式

论述了用球形液膜及其附加压强差测定液体表面张力系数的具体方法原理,并将其实验结果与凸形球面液膜的拉普拉斯公式进行了对比,认为两者在形式上基本相同。     

泡沫分离技术的研究——Ⅲ.用最大泡压法研究表面活性剂的气-液表面动态吸附行为

本文在已有的测定溶液动态表面张力(DST)的最大泡压法(MBPM)基础上,设计了一套可测表面年龄≥0.03秒的MBPM流程与装置,分别测定了十二烷基硫酸钠(SDS)和十二烷基苯磺酸钠(LAS)两种阴离子表面活性剂溶液的DST。对SDS溶液,DST的测定值与文献值吻合;对LAS溶液,随溶液浓度、温度以及溶液中NaCl浓度的增加,均使表面吸附速度提高,吸附量增加,DST降低。     

气泡在不同液体中上升速度的实验研究

为了推断中子慢化剂液氢中气化氢气泡的上升速度及影响因素，选取合适的工质进行了含气率的模拟实验。采用和液氢层厚度相同的方形有机玻璃管作为可视化实验段，在其中加入蒸馏水、无水乙醇及氟里昂113作为液体介质，通过在实验段的下部喷入空气产生空气气泡进行不同液体介质中空气气泡的上升速度实验，以研究液相的物性如表面张力、密度、粘度等对气泡上升速度的影响。实验证明，对于半径为1～3mm的空气气泡，液相表面张力与密度的比值是决定气泡上升速度快慢的主要因素，该比值越大，气泡上升得越快。对照液氢的相关物性预测出了半径为1～3mm的气化氢气泡要比Rll3中空气气泡的上升速度快，因此可以用R113进行两相氢循环中含气率的模拟实验。     

光电毛细探头测定气泡尺寸分布的压力校正

本文从一维两相流的基本理论出发,分析了毛细管气泡块状流(BSF)的复杂形态,推导出了垂直毛细管内BSF的轴向压力梯度的理论公式。并在实验基础上,建立了光电毛细探头技术(Ⅰ)测定气泡尺寸分布(BSD)的压力校正方法。同时,将Apple-Ⅱ型微机配置于Ⅰ中,成功地实现了BSD的在线测定。对泡沫分离塔内表面活性剂溶液的气-液分散系统进行了测定。实验结果表明:真实气泡直径与校正后的实验测定值之间的最大绝对偏差≤0.07mm,最大相对偏差≤4.26%。     

气泡碰壁反弹的动力学模型研究

为了解气泡与壁面相互作用的物理机制和详细动力学过程,对气泡与壁面碰撞反弹的动力学过程进行了分析,综述了理论模型的发展过程,并采用所建立的理论模型进行数值求解.当毫米级气泡以一定速度垂直撞击壁面时,气泡与壁面之间存在一层液膜,该液膜呈现多种形状.气泡的变形会改变薄膜内压强的分布,形成薄膜排水过程.气泡在与壁面作用的过程中会反弹多次直至动能被完全消耗.在建立的动力学模型中,液膜厚度分布由Stokes-Reynolds方程描述,液膜内压强由Young-Laplace方程求得,在气泡的轨迹模型中引入了由液膜内压强引起的壁面诱导力.结果表明:描述液膜厚度及膜内压强的SRYL模型能够捕捉薄膜变化的动力学行为,基于薄膜润滑近似的壁面诱导力模型可以较好地预测气泡多次反弹的运动轨迹,壁面诱导力在气泡撞击壁面的过程中对气泡运动起主导作用;随着气泡尺寸和雷诺数的增大,气泡的反弹次数会逐渐增加,气泡是否反弹以及反弹次数与雷诺数有着直接的关系.      

静止钢液中影响钢包孔口处底吹气泡的因素

运用气泡形成的两阶段模型,分析在一定气体流量下,静止钢液中通过钢包孔口连续溢出气泡的形成过程。通过MATLAB编程计算得到气泡的脱离直径。对影响气泡脱离尺寸的气体流量、孔口直径和表面张力因素进行分析,并将气泡直径的理论计算值与数值模拟结果进行比较。从理论计算结果以及与数值模拟对比得出:随着气体流量的逐渐增大,气泡的脱离直径总体变化趋势为由缓慢增大到迅速增大;在较小的气体流量下,气泡脱离直径受孔口直径和表面张力影响显著,随着流量的增加其影响越来越小;孔口边缘的润湿性对气泡脱离尺寸的大小起决定性作用。