气泡粘性对上升运动特性影响的FTM模拟

为了研究气泡粘性对其上升过程的速度、形态以及阻力系数的影响,基于FTM(Front- Tracking Method)模拟了气泡在粘性流体中的运动,通过改变气泡粘性来改变气液粘度比,研究了气泡内的速度分布以及气泡周围粘性剪切应力的分布和变化特点。研究表明：气液粘度比较小时,流场中的粘性耗散很强,气泡的粘度主要影响其平衡速度和形态,气液粘度比较大时,粘性耗散减弱,其平衡速度和形态基本无变化,气泡粘性主要影响气泡内的速度分布;气泡上升过程中的阻力系数随粘度比增大而减小,粘性剪切应力则呈现相反的变化趋势。气泡上升过程中,周围的粘性剪切应力关于中心轴线对称分布,出现最大粘性切应力的区域由气泡两侧逐渐向气泡底部边缘过渡;气泡尾部边缘的形变引起气泡尾部的表面张力不平衡,使得气泡的形态发生改变。     

静水中气泡上升运动特性的数值模拟研究

采用数值模拟和实验研究相结合的方法,对静水中气泡上升运动特性进行了研究。在考虑和不考虑Basset力的情况下对推导出的静水中单个气泡上升运动控制方程进行耦合求解的基础上,对比分析了不同初始半径气泡上升速度模拟值与实测值之间的差异,研究了在考虑Basset力的情况下静水中不同初始半径气泡的模拟上升速度与时间的关系以及上升速度和初始半径对气泡半径变化率的影响。     

基于界面追踪法的不同初始形状同轴双气泡上升直接数值模拟

多气泡运动在各个工程领域广泛存在。为更好的研究不同形状的多气泡上升过程,采用界面追踪法(front tracking method,FTM)对四种具有不同初始形状的双气泡上升情形进行二维数值模拟。模拟结果表明,两竖直分布的气泡上升时,上部气泡的尾流会使下部气泡的速度更快;气泡的初始形状对气泡上升的速度和变形都有影响,圆形气泡相较于椭圆形气泡,上升速度更小;下部气泡为椭圆形时,上部气泡的变形更大。     

一类运动界面追踪模拟新方法

本文在现有的数值方法的基础上,重点给出了一种新的求解流体体积函数方程数值方法,该方法以原有的CICSAM方法为基础,通过构造新的具有耗散性的高精度差分格式,替换原有的ULTIMATE-QUICKEST格式,实现对界面的有效追踪。     

黏性与非黏性颗粒在流化床中的气泡行为模拟

运用离散单元法对黏性与非黏性D类颗粒在气-固流化床中的气泡行为进行研究,分析了气泡在流化床内的产生、长大过程以及黏性力对气泡产生的影响.结果表明:流化速度将影响气泡的产生,而黏性力的作用将推迟气泡的产生;与非黏性颗粒相比,D类黏性颗粒在流化过程中所产生的气泡尺寸减小,上升速度变慢,气泡周围的压力增大、运动速度减小;另外,气泡周围的压力和颗粒运动速度对黏性力较为敏感.     

界面模拟方法在气泡运动领域的应用述评

介绍了几种界面模拟方法如边界积分方法、锋面跟踪法、VOF方法以及水平集方法的基本思想.对这几种方法在模拟气泡运动领域取得的成果进行了总结:边界积分方法在模拟三维界面流动方面存在局限性;锋面跟踪法在模拟大量气泡动力学特性方面取得了一定的进展,但未对气泡在上升过程中的破裂及融合现象加以考虑;VOF方法及水平集方法则以计算量小、模拟精度高而越来越受到广泛的关注.     

Bjerknes力对微气泡运动特性的影响

以水为工作介质,利用气泡的控制方程,模拟微气泡在驻波声场中运动特性,分析了Bjerknes力对气泡运动轨迹的影响.结果表明:不同声压下,同一位置或相同声压不同位置的气泡所受到的Bjerknes力的系数相差几个数量级,气泡在向声压波腹区域移动过程中,所受的主Bjerknes力先增大后减小,而次Bjerknes力一直增大,它们的作用使气泡在声轴周围形成一个圆环,声压越大,圆环越大.     

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.     

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．     

水下排气气泡运动特性及其数值模拟研究

通过对水下排气气泡的受力分析,建立了一个工程实用的水下气泡运动数学模型．通过对模型的求解,获得水下气泡运动特性,发现气泡在脱离其出口后,在很短时间内即向上运动,且铅垂方向速度很快达到一定值,但有较小波动,水平各向速度很快趋于零。     

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.     

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.     

分子动力学模拟中涨落对界面特性的影响

提出了一种计算方法,该方法运用(2～5)/1.2rm法则来研究分子涨落现象对汽-液界面层的影响,通过对Lennard-Jones流体CH4的气-液两相系统的分子动力学模拟,得出了均匀相中饱和气体密度、饱和液体密度以及非均匀相中表面张力变化,与传统的统计方法相比,该方法计算非均匀相中表面张力的误差更小,更加节省模拟时间.     

基于界面追踪法的双液滴流动特性数值模拟

基于界面追踪法(front-tracking method,FTM)建立了重力场中多个气液界面间相互耦合的数值模型。以两个液滴的自由落体运动为研究对象,在不同Reynolds数(Re)、Eotvos数(Eo)和液滴初始中心距的情况下进行数值分析。研究结果表明:当液滴初始中心距较大(Lc/D≥4)时,两个液滴间的相互作用很小,对液滴的变形和运动过程不产生影响,而此时液滴的运动特性由Re和Eo决定;当液滴初始中心距较小(Lc/D=2)时,液滴在下落过程中的变形是不对称的,并且液滴会相互排斥,在大Re和Eo时,这种现象更加明显。     

数值模拟气泡在粘性液体中上升运动的Euler—Lagrange方法

在考虑界面张力的条件下,用边界层方法通过把液体粘性对无粘势流的影响化为修改势流在自由面上边界条件的办法,导出了数值模拟二维气泡在粘性液体中上升和变形的边界积分方法,势流计算采用Ｌａｇｒａｎｇｅ坐标,粘性修正采用Ｅｕｌｅｒ坐标,边界层近似的误差为δ的三次方量阶。数值模拟结果显示,在大气泡情形,粘性的影响很小,随着气泡尺寸的减小,表面张力和粘性的影响都增强,但与表面张力相比,粘性的影响处于比较次要的地     

疏水界面纳米气泡特性及其对矿物浮选行为影响研究

纳米气泡在细粒浮选中具有巨大的应用潜力。本文利用原子力显微镜研究了纳米颗粒的身份识别、测量参数对纳米气泡形貌的影响以及纳米气泡对pH、盐浓度和表面活性剂浓度变化等外部刺激的应答。实验发现纳米气泡可在室温环境中的固液界面成核,接触模式下针尖驱动的纳米结构间的兼并现象为纳米结构的气相本质提供了实验的证据。盐及MIBC浓度的变化对纳米气泡的横跨尺寸和高度无显著的影响,LiCl的添加对纳米气泡的横跨尺寸分布影响不大,但是显著影响了纳米气泡的高度分布。本文研究结果可为基于纳米气泡强化的矿物浮选过程设计提供参考。     

运动界面追踪方法的研究现状及进展

本文对求解两相流动与传热问题的运动界面追踪方法进行了详细介绍,分析了VOF方法、Level Set方法及VOF与Level Set的复合方法的研究现状及发展趋势。本文的研究工作对运动界面追踪方法的发展起到了方向性的指导作用。     

气泡群动力特性模拟分析

采用VOF(volume-of-fluid)中的PLIC(piecewise linear interface calculation)界面重构方法模拟研究了三维气泡群的上升过程及其对周围流场的扰动.重点分析考察了大量气泡上升过程中的动力学特性,伴随着随机的碰撞与融合等现象,气泡分布经历了由规则到扇形体再到随机的过程;在大雷诺数时融合过程表现为整体行为.受到融合过程的影响,周围流场表现出明显的振荡现象,且气泡群中心受到的扰动高于外围流体.     

金属熔池往复搅拌流场中气泡运动特性数值模拟研究

应用基于体跟踪的VOF方法对金属熔池往复搅拌流场中单个气泡的运动及变形特征进行了数值模拟研究.分析了搅拌流场的往复运动频率、气泡初始尺寸、表面张力以及奥托斯数Eo和莫顿数Mo等因素对气泡运动与变形的影响.数值模拟结果表明,气泡上升轨迹与气泡直径、流场平动频率及Mo有关,气泡直径越大,其螺旋上升趋势越强;在分析范围内,平...