析气界面上气泡聚并促进的传质

在充分研究析气界面上气泡行为的基础上，根据界面上气泡生长过程的动力学行为，运用界面附近流体流动及相间传质理论，导出了界面上气泡聚并促进的传质模型，在此基础上结合前文工作，导出了析气界面上气泡滑移、聚并及脱离界面逸出这三种气泡行为共同促进的传质模型。     

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．     

气固流化床中气泡分布的实验研究

用摄像法研究了二维气固流化床的气泡行为，特别是气泡密度的分布规律。开发了针对摄像法研究气泡的数据处理方法，分析比较了布风板、颗粒直径、流化速度、床层高度对气泡分布密度的影响，并与模型计算结果进行了对比，得到气泡分布密度的变化规律。结果表明，气泡分布密度沿床高是不均匀的，存在气泡聚集现象；同一种颗粒在固定床高位置，气泡分布密度随流化速度的变化很小，基本保持稳定。     

表面凹腔中气泡核的稳定性分析

系统地分析了气泡核在表面凹腔内的生长和收缩过程，通过对气泡核平衡机理的探讨，获得了修正的稳定性判据，进而研究沸腾起始及空腔钝化的条件．首次讨论了气泡核稳定性曲线的滞后效应，并建立了一种定量分析模式，以分析气泡核的稳定性行为．     

表面凹腔中气泡核的稳定性分析

系统地分析了气泡核在表面凹腔内的生长和收缩过程，通过对气泡核平衡机理的探讨，获得了修正的稳定性判据，进而研究沸腾起始及空腔钝化的条件。首次讨论了气泡核稳定性曲一的滞后效应，并建立了一种定量分析模式，以分析气泡核的稳定性行为。     

气泡行为对表观传质系数的影响

本文采用ＣＯ２吹入并溶解于 ＫＯＨ溶液的模型，模拟研究了液体金属的吹气精 炼工艺中气泡的行为及其对表观传质系数的影响。研究结果表明，气泡行为随喷孔雷 诺数而变化；表观传质系数主要取决于喷孔直径和喷孔雷诺数；增大表观传质系数的 关键在于尽可能减小气泡形成时的尺寸。     

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．     

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．     

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.     

非牛顿流体中在线气泡聚并的混沌特征

利用光电信号采集系统测定了非牛顿流体中伴有聚并现象的在线连续上升气泡的通过频率信号,并采用基于相空间重构技术的混沌时间序列法对其进行了分析.相图和Cao算法计算结果定性表明了非牛顿流体中伴有聚并现象的在线连续气泡上升行为具有混沌吸引子特征,服从确定性的混沌运动机理.最大Lyapunov指数量化分析表明在线连续气泡上升行为的混沌特征与聚并程度密切相关:气泡行为的混沌程度随聚并程度增大而增大,增大气速易于导致气泡行为混沌程度增大.     

太阳能光催化分解水气泡动力学研究进展

太阳能光催化分解水制氢中的气泡动力学，涉及多物理场和光催化反应之间的相互作用，相比传统的沸腾换热和电解水领域气泡动力学更加复杂且具有独特性。本文从光催化分解水基本原理出发，综述了催化剂表面气泡成核生长动力学规律及其行为调控的研究进展。对于光催化分解水的气泡成核尺度和过饱和度，可以通过经典成核理论估算，然而受现有测试方式的制约，尚无法同时获取高空间和高时间分辨率的成核过程信息。对于催化剂表面气泡的生长规律，通常可由惯性控制、扩散控制和化学反应控制3种机制进行描述，而决定气泡生长控制机制的关键是有效反应表面与气泡尺寸的相对大小。为了有效降低气泡覆盖对光催化反应系统带来的负面影响，可通过添加表面活性剂、调节催化剂表面结构和润湿性为主的被动调控方式，以及施加外部流场、声场、磁场和周期性光照为主的主动调控方式，对气泡行为进行定向调控加以实现。当前研究面临的主要挑战是揭示光催化分解水过程中复杂物理场作用下的相间作用和能质输运机理，从而为未来低成本、高效利用太阳能光催化分解水制氢应用提供指导。     

铝电解槽阳极形状对气泡排出的影响

铝电解槽阳极气泡行为对工艺参数敏感,因此,采用透明电解槽研究阳极倾斜和阳极倒角对气泡析出行为的影响.结果表明:当阳极倾斜度较小(小于2°)时, 倾角的变化对气泡行为影响较小;当阳极倾斜度大于2°时,阳极倾斜角的增加会明显加速气泡运动速度但减小气泡尺寸和覆盖率;在倾斜阳极上观测到类似“Fortin”气泡;阳极倒角会一定程度减小气泡尺寸和覆盖率,但对加快气泡脱离速度的作用并不显著.     

电场作用下单气泡行为的数值模拟

为了解电场强化沸腾换热的机理,分析了单气泡在电场作用下的行为特点.通过求解不可压缩流体的连续性方程,加入电场力的动量方程和VOF(volume of fluid)方程,得到了单气泡在电场下从壁面脱离的过程.结果发现,气泡在电场下脱离时间变短,并沿着电场方向伸长.气泡内部流动加剧,形成多个涡.结果表明,电场作用下气泡的行为特点产生显著的变化.     

用Level Set方法对水下两个气泡运动的数值模拟

利用Level Set方法,三维数值模拟了两个气泡的上升运动.通过改变气泡尺寸及位置,研究气泡对在上升过程中的尾迹流及其相互作用规律.数值模拟准确再现了气泡对的变形、吸引或排斥行为,气泡上升速度计算结果与经验关联式结果吻合;气泡周围的速度场揭示了两个气泡尾迹流的流体动力学作用;对于水平或垂直放置的气泡对,当下方气泡有大于50%的投影面积进入到上方气泡的尾流区时,两个气泡将发生聚并现象.     

电场作用下单气泡行为的可视化

为进一步探索电场强化沸腾换热的机理,利用高速摄像机研究了绝热条件下注入到静止变压器油中的氮气泡在电场作用下的行为。获得了在不同电场作用下气泡形态成长的实验图像,并分析了电场作用下气泡的长径比、脱离体积和脱离周期随电场的变化关系。实验研究表明:随着电场强度的增大,气泡的长径比变大,脱离体积变小,脱离周期变短。电场中气泡行为的改变主要取决于电场强度和电极距离。外电场作用促进了注入气泡从小孔的脱离。     

钢液/（N2、H2）过饱和体系中气泡生长的数值分析

采用水/CO2体系模拟研究钢液/( N2、H2)过饱和体系中气泡生长动力学行为，分别建立水溶液和钢液中气泡形核长大机理模型。基于三种不同的气泡生长数学模型，分别研究水/CO2和钢液/( N2、H2)体系数学模型中气泡生长动力学，并采用水模型实验数据对数学模型进行验证。分析钢液/( N2、H2)体系前期和后期处理压力以及钢液深度等因素对气泡生长的影响。研究表明：采用气泡浮选去除夹杂物技术时，前期处理压力对气泡生长有显著促进作用；后期处理压力对气泡生长有阻碍作用，随着后期处理压力的升高影响逐渐加强；钢液深度对气泡生长有阻碍作用，随着钢液深度的增加影响逐渐减弱；相比氮气，钢液中氢气气泡析出长大更快。     

电场作用下单气泡行为的可视化

为进一步探索电场强化沸腾换热的机理,利用高速摄像机研究绝热条件下注入到静止变压器油中的氮气泡在电场作用下的行为,获得了在不同电场作用下气泡形态成长的实验图像,并分析了电场作用下气泡的长径比、脱离体积和脱离周期随电场的变化关系。实验研究表明:随着电场强度的增大,气泡的长径比变大,脱离体积变小,脱离周期变短。电场中气泡行为的改变主要取决于电场强度和电极距离。外电场作用促进了注入气泡从小孔的脱离。     

气固流化床中气泡分布的实验研究

用摄像法研究了二维气固流化床的气泡行为,特别是气泡密度的分布规律.开发了针对摄像法研究气泡的数据处理方法,分析比较了布风板、颗粒直径、流化速度、床层高度对气泡分布密度的影响,并与模型计算结果进行了对比,得到气泡分布密度的变化规律.结果表明,气泡分布密度沿床高是不均匀的,存在气泡聚集现象;同一种颗粒在固定床高位置,气泡分布密度随流化速度的变化很小,基本保持稳定.     

气泡碰撞极端湿润性表面的行为特性

为提高极端润湿性表面的功能性,制备了超亲水、超疏水高粘附、超疏水低粘附3类极端湿润性表面,利用高速摄像机对不同上升高度下的气泡碰撞极端湿润性表面进行了行为特性研究,所用气泡当量直径分别为2.16、2.59、3.32 mm.研究发现,表面湿润性、气泡上升高度(L)和气泡当量直径(D)对气泡行为特性有着重要影响,表面微观结构和表面张力是影响气泡在表面稳定状态的最为关键的因素.当气泡碰撞超疏水低粘附表面时,先振荡或弹跳,最后在表面铺展成一层气膜;碰撞超亲水、超疏水高粘附表面时,气泡先振荡或弹跳,最后以球缺状的形式静止在表面上.气泡碰撞表面速度较大时,气泡在3类表面上都会发生弹跳行为,其初次弹跳高度(h_1)随着L增大先增大后减小,在L为13.6 mm时均达到极值,分别为6.05、5.53、4.37 mm.对超疏水低粘附表面而言,随着气泡直径的增大,气泡在碰撞过程中的能量耗散增加,因此h_1逐渐下降,气泡发生铺展的时间逐渐缩短.     

表面活性剂对中尺度气泡形状及速度的调控研究

为了有效调控中尺度气泡的行为,在纯水中通过添加不同浓度的3种表面活性剂实验研究了气泡上升过程中的形状与速度的变化.在一个方截面柱形容器内生成了4种中尺度气泡,再利用高速摄影仪记录了气泡的瞬时运动过程,通过图像处理软件分析了气泡的形状和速度.结果表明,由于Marangoni效应,适量的表面活性剂可以有效抑制中尺度气泡的变...