双联毛细管管口气泡生长可视化实验

利用高速摄影仪对双联毛细管管口气泡的生长和脱离特性进行了可视化实验研究.实验结果表明,当液体淹没双联毛细管管口时,在管内无气体流动情况下,管径大和亲水的毛细管易于成为液体通道,而管径小和憎水的毛细管易于成为气体通道;在有气体流动情况下,管径大的毛细管成为气体通道,而管径小的则成为液体通道.当气室的进气流量增大时,双联毛细管端口处气泡脱离直径变化很小,而气泡的脱离周期却随之明显减小,双联毛细管的气泡生长和脱离会发生明显的相互影响.此外,液体流速对气泡的生长和脱离有很大的影响,液体流速越大,气泡脱离越快,气泡的脱离直径则越小;在液体流速较大时,靠近流体进口处的毛细管端口气泡生长和脱离明显加快,从而导致相邻毛细管端口的液体回流现象.     

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。     

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．     

考虑盐度因素的水中气泡上升规律表征研究

对考虑海水盐度因素的气泡上升规律进行研究,主要包括不同海水盐度对气泡脱离体积、瞬时稳态上升速度的影响。通过搭建气体水下排放试验台,使用常压空气和8种不同盐度的海水液体分别作为实验的气相和液相,将气泡划分为低雷诺数缓慢上浮及高雷诺数快速上浮两种运动状态;并分别进行实验。用高速摄影技术对气泡运动进行实验观察;并通过MATLAB编程对拍摄的图像进行分析处理。测定气泡脱离体积及瞬时稳态上浮速度。结果表示,气泡受海水密度、表面张力、黏性系数等物性条件共同作用,在低流速非射流工况下,随海水盐度的增加,气泡脱离体积减小;瞬时稳态速度属于低雷诺数上浮时,随盐度升高而增加明显;而属于高雷诺数上浮时,瞬时稳态上浮速度随盐度升高而缓慢降低。     

基于压力溶气的微气泡生成实验研究

建立压力溶气微气泡生成实验平台,在不同的压力条件下采用多种结构的释放器进行溶气水释气实验,分析释放器结构和工艺条件等因素对微气泡生成特性的影响。研究结果表明,在其他条件相同时微气泡生成直径与释气角间呈单增关系,当释气角大于60°时生成气泡直径增速变缓;微气泡生成直径则随着压力的升高呈递减趋势,当释气压力达到0.5 MPa时,不同结构释放器生成的气泡直径差异很小。在实验研究范围内,选用释气角为60°的释放器在0.4 MPa的释气压力下能够得到较小的气泡,从而提高气泡质量、改善气浮效果。     

RH真空室内气泡行为的研究

Ruhrstahl-Hereaeus (RH)上升管内的气液两相流是整个装置的重要动力源,并对钢液的流动、混匀及精炼过程有重要影响.上升管及真空室内的气液两相流决定了钢包内钢液的流动状态,为了研究真空室及上升管内气液两相流,通过1∶6的300t RH的物理模型模拟了RH上升管及真空室内气泡行为过程,并测量了RH循环流量的变化用于计算上升管内含气率以及气泡运动速度最终得到气泡在真空室内的停留时间,同时记录了气泡在真空室内的存在形式.气泡在真空室的存在形式的主要影响因素为提升气体流量,研究发现了气泡从规则独立的大气泡经历聚合长大,碰撞破碎成小气泡,最后变成小气泡和不规则大气泡共存的现象.液面高度达到80 mm之后,气泡在真空室内的停留时间达到一个平衡值,不再随真空室液面高度的增加而发生改变.当提升气体量达3000 L·min-1,气泡停留时间减小趋势弱,对应3000 L·min-1情况下,真空室内气泡开始聚合长大.研究认为对于300t RH的真空室液面高度应为80 mm,提升气体量应在3500 L·min-1左右,优化后,脱碳时间由原工艺的21.4 min缩短至现工艺的17.5 min.     

倾斜管中低温气液两相流弹状气泡生成位置的实验研究

为研究倾斜管内低温气液两相流中弹状气泡初始生成位置的分布规律,采用高速相机对以液氮为工质的6种竖直倾角和4种内径下的管内弹状流进行了可视化实验,并对管路漏热进行了详细考察.实验结果表明,弹状气泡平均初始生成位置随管径的增大而增大,随倾角的增大先增大后减小;弹状气泡初始生成位置分布的离散程度随倾角增大而增大,在倾角为20°~45°时达到最大值,之后,其分布变为集中;竖直管路内弹状气泡初始生成位置离散程度随管径增加而减小.     

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。     

过冷沸腾气泡在圆形朝下壁面上特性实验研究

气泡的始动直径与运动过程对于揭示沸腾传热机理有着重要意义.利用高速摄像机对不同热流密度条件下,过冷沸腾液体中气泡在圆形朝下壁面上生长及运动的过程进行了实验研究.研究表明:在气泡的生长及运动过程中,气泡的形状从生长过程初期阶段的近似球体变化到滑移过程被拉长的椭圆体,直至最后消失;壁面热流密度对气泡的始动直径有一定影响,热流密度越大气泡的始动直径也就越大.     

T型微通道内气泡生成大小影响因素研究

采用流体体积函数（VOF）方法,对T型微通道中气泡形成过程进行数值模拟研究,根据气泡形成机理,分析了气液流速、流体性质和微通道尺寸等因素对生成气泡大小的影响。研究结果表明,T型微通道内生成气泡长度随气体份额的增加呈指数增加趋势,而在相同气体份额下气液流速对气泡长度影响不大;比较而言,液体粘度和表面张力对生成气泡大小的影响较小,当液相表面张力从0.072 N·m-1降低到0.01 N·m-1时,T型微通道内生成气泡的长度减小了18%,主要是因为在阻塞阶段,最大颈部宽度和塌陷时间减小了;气泡长度随微通道直径的增加而增大,而气泡的无量纲长度基本不受微通道直径的影响。     

气泡在垂直向上流动液体中的形成

研究了液体垂直向上流动、气体水平引入时，导管端头处形成的气泡的尺寸大小。考察了液体平均流速、气体流量和导管直径对气泡脱离尺寸大小的影响。在力平衡假设的基础上，获得了预测气泡脱离尺寸的关系式，预测值与测量值比较，结果令人满意。     

乙二醇溶液中圆锥泡声致发光的发光光谱

利用一种改进后的U型管圆锥泡声致发光装置,研究了乙二醇溶液中圆锥泡声致发光的发光光谱.实验结果表明,光谱为从紫外到可见光波长范围的连续谱,在589 nm附近叠加有钠的3p-3s原子发射谱线.在钠的原子发射谱线左侧测量得到了Na-Ar分子激发态跃迁形成的蓝卫星带,并首次在声致发光实验中测得了Na-Ar的红卫星带以及钠的3d-3p原子发射谱线.最后,讨论了钠的原子发射谱线以及卫星带的形成机理.     

鼓泡塔中驻波声场调制大气泡的直接模拟

采用直接数值模拟的方法，同时计笋了鼓泡塔中高频驻波的生成、传播和一个直径5．55mm的大气泡与该驻波相互影响的行为．气液主流场采用考虑表面张力的粘性可压缩流体动力学基本方程和气液两相的状态方程来描述，可压缩气泡的界面行为由Levelset方法耦合界面作用模型来处理，驻波声场通过与时间相关的传感器速度入口边界条件形成．模拟结果显示，反应器中形成了一个稳定的驻波声场；由于气泡的存在，均匀的压力场变成了轴对称分布的压力场；气泡容积以很小的振幅周期性收缩与膨胀．模拟结果还揭示了对于在驻波声场中的大尺寸气泡，Bjerknes力与浮力之比为20％-25％，与实验结果21％基本相符．     

有限深度液体中气泡的破碎条件

针对球形气泡在有限深度液体内的运动过程，建立了气泡壁初始运动导致气泡破碎的数理模型．该模型综合考虑了流体黏性力、气泡壁初始速度、有限液面高度等因素，是传统R-P方程的一种改进．研究发现气泡临界破碎条件与液体高度、气泡壁初始速度等因素密切相关，随着液体深度的增大，气泡更容易破碎．当液体深度大于气泡半径的100倍以上时，液体深度对气泡破碎临界条件几乎无影响，此时可以近似认为气泡位于无穷深液体中．当气泡壁初始速度为0时，气泡不容易破碎；当气泡具有初始收缩速度时，气泡最容易破碎．通过分析得到了气泡壁初始速度为0时的临界破碎准则预测式，并与其他文献的结果进行了比较．     

低温管路中Taylor气泡形成位置预测公式

使用粒子图像测速技术（PIV）和高速摄像技术对低温管路中由漏热产生的Taylor气泡形成过程进行了实验研究.将传统的流型转变理论和实验获得的流场结构相结合,建立了低温管路中Taylor气泡形成位置的预测公式,考虑了湍流强度、漏热、气泡上升速度和管路倾角等众多因素的影响.公式适用范围较广,其计算值与文中实验结果最大误差不超过±7.9%,与文献结果的最大误差也在±20%以内.     

钻井环空中赫巴流体内气泡的上升速度

气泡在钻井环空中的运动规律是井筒多相流的一个研究重点,气泡上升速度则是其中的一个关键参数。井筒 内各流型内气泡/气体上升速度的准确性很大程度上影响了井筒多相流描述的精确性。为此,按照含气率对环空流型 进行了划分,对各流型气泡的运动行为进行了分析。系统地总结分析了单气泡在无限流域中的滑脱速度及气泡纵横 比的计算方法。利用赫巴流变模式对气泡周围表观黏度进行了修正,通过实例对比分析单气泡在赫巴流体内滑脱 速度几个计算公式,认为Rodrigue 公式相对于Harmathy 公式来说是极大的提高,能适应不同形状的气泡,可作为泡状 流流域气泡滑脱速度计算的首选公式。通过对单气泡滑脱速度进行含气率、尺寸和井斜修正,得出了环空中各流型的 气体滑脱速度计算方法,过渡流型的气泡滑脱速度则采用线性处理,并对环空气泡滑脱速度随含气率变化关系进行了 实例分析。最终通过漂移流模型给出了计算环空气泡上升速度的方法。     

静止液体中单泡罩的鼓泡特性

为了研究泡罩在静止液体中的鼓泡特性,用双头电导探针测试了不同气量下不同轴向位置处的相界面参数——局部含气率、界面浓度、气泡平均尺寸,得出了它们沿径向的分布规律：在轴向高度略高于泡罩高度处,局部含气率呈中间峰值分布形态,在径向r／R=0．42处出现了局部含气率峰值,随着轴向高度的增加,局部含气率峰值逐渐向塔中心区域移动;同气量下界面浓度沿轴向的变化规律与局部含气率相似;气泡平均尺寸在同气量下随高度的增加,有减小的趋势。     

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.     

脉冲磨料射流中球泡溃灭特性的理论

从理论上研究了脉冲磨料射流中球泡的溃灭特性，建立了脉冲磨料射流中空化球泡的动力方程，分析了磨料粒径和浓度对射流中空泡溃灭过程的影响规律。研究表明，在磨料粒度和密度较小时，粒径的变化对空泡溃灭影响不大，浓度的增加使得混合流体的粘性增大而且使渍灭空泡附近的磨粒动能增加，使得空泡溃灭过程减缓。在磨料粒度和密度较大时，粒径越小对空泡溃灭的阻滞作用越大，浓度的增加同样使得混合流体的粘性增大、溃灭空泡附近的磨粒动能增加，射流的空蚀强度减弱。