超声作用下水中微气泡的运动特性

超声促晶过程中,水或溶液中气体微泡的运动特性对结晶过程具有重要影响。建立了水中单个气泡的运动方程,讨论了各种力学因子和气泡粒径对单气泡上浮的影响;重点研究了气泡在外加超声波作用下,气泡粒径的变化规律以及气泡的运动特性。研究结果表明:静水中气泡的上浮速度随时间增加而逐渐增大,上浮初始阶段必须考虑由于加速度所引起的虚拟质量力和Basset力对上浮速度的影响;气泡上浮过程中其粒径越大则上浮速度越大;超声作用下,声压梯度力对气泡运动速度的影响强于其他力学影响因子,其速度变化与超声波发生规律一致;当气泡的初始位置处于超声场的不同位置处,气泡运动的方向相异,气泡具有上下两个方向的位移变化。     

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.     

微气泡对平板摩擦阻力影响的分析

由于微气泡减少平板摩擦阻力的准确机理不甚清楚 ,该文试图在这方面作一些研究 .对微气泡从平板的上、下表面引入时进行了计算 ,结果表明 :计算分析与前人的试验数据在定性上是一致的 .     

超声声场中气泡的锥状聚集现象

从非线性KZK（khokhlov—zabolotskaya-kuznetsov）方程出发，利用分离变量法，得到了换能器的声场分布表达式和声场分布图．结果表明，当轴向距离大于瑞利距离时，声压随距离增加逐渐减小到某一极限值，近似为平面波．声场中气泡锥状聚集主要发生区域是声压较大且呈现梯度的区域，气泡脉动影响声场分布，气泡间的Bjerknes力作用对气泡在高声压区的分布有调节作用，从而可引起声场出现锥状气泡结构现象．     

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．     

气泡在含障碍物微通道内的特性研究

采用气液两相流格子Boltzmann方法研究含障碍物的微通道内气泡在浮力作用下上升的特性,主要研究了障碍物润湿性对气泡的变形、分裂、合并等行为的影响.研究发现当障碍物表面亲气时,气泡穿过障碍物时会发生严重变形,并有部分气泡吸附在障碍物表面.因此,气泡会发生分裂.部分留在障碍物表面形成一层均匀的气膜,部分可以顺利穿过障碍物,而障碍物吸附的气泡质量和壁面润湿性相关.当障碍物表面亲水时,尽管气泡在障碍物的挤压下发生严重变形,但在气泡通过障碍物的过程中,气泡和障碍物之间仍然有4个左右网格的距离,因此,全部质量的气泡可以顺利通过障碍物.此外,研究结果还表明障碍物表面亲气程度越强,气泡变形越严重.     

水中微气泡激光散射场的特性

根据Mie散射理论研究水介质中微空气泡的光散射特性, 给出了散射强度分布、 散射光的偏振度与散射角的关系和前向散射光强与气泡半径的关系. 研究表明, 在一定波长下, 前向散射光强与气泡半径呈线性关系, 为空气泡的测量提供了理论模型.      

微纳米气泡基本特性及溶解氧的研究

以空气为载体的微纳米气泡为基础,研究温度、时间、pH 值等影响因素对微纳米气泡在水中的溶解氧的影响,并通过正交试验探究微纳米气泡在水中溶解度的优化条件。正交试验结果表明,以空气为载体的微纳米气泡优化条件为pH 值7、时间8 min、温度23℃、转速1300 r/min时溶解氧含量较高。此实验为下一步研究微纳米气泡在工业废水中的应用提供依据。     

微纳米气泡的特性及其在果蔬中的应用

气泡广泛存在于自然界中,其在生产实际应用中具有重要的作用。按照气泡直径不同可分为大气泡、微米气泡、微纳米气泡、纳米气泡。通过对微纳米气泡特性进行深入分析研究,针对微纳米气泡具有粒径小,在水中存在时间长等不同于普通气泡的特点,详细论述了微纳米气泡的特殊性质在果蔬食品方面的应用现状及发展前景,并对其在其他领域的应用进行了展望,以期为微纳米气泡在更多领域中的应用提供参考。     

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。     

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。     

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。     

一个新型臭氧微气泡系统的臭氧液相传质特性研究

臭氧的快速溶解和气液相之间的高效传质是臭氧接触氧化工艺的关键过程,微气泡是提高臭氧气液传质速率的一种有效溶解方式.因此,为探究臭氧微气泡的液相传质特性,建立了一种新型臭氧微气泡产生系统,研究不同的pH、水温、进气流量、压力等条件下微气泡水溶液中臭氧的溶解特性.结果表明:该装置产生的微气泡粒径约42.66 pm.臭氧的表...     

微纳米气泡特性及在环境水体修复中的应用

微纳米气泡(MNBs)具有尺寸小、比表面积大、水中停留时间长、Zeta电位高、氧化性强、传质效率高、生物活性强、无二次污染等特性,相比传统的宏观气泡,具有更高效的修复环境水体的性能.在分析国内外已有的研究基础上,就气泡分类和产生方式的研究进行介绍;详细探讨了MNBs的优良特性及不同因素对其特性的影响;分析了MNBs在水...     

超声波驱动下微管内两气泡间的相互作用

本文发展了气泡和管径可相比拟时管内两气泡间相互作用的理论模型.当管长度一定时,两气泡在管内的声响应取决于两气泡-液柱耦合振动系统的声响应.气泡初始状态、管尺寸以及气泡在管内的位置等都会影响耦合振动气泡的线性共振频率和幅值.采用逐级近似法分析了两个耦合振动气泡（bv=0）和对称状态下单气泡的非线性声响应特性,得到了3倍频和1/3分频振动幅度-频率响应关系.结果表明：系统非线性效应促进基频振动能量向倍频和分频振动传递,气泡间的相互作用和介质黏性对此能量传递过程也有促进作用.     

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.     

气液双相微纳米气泡发生器的关键结构优化分析

为了对气液双相微纳米气泡发生器的关键结构进行优化分析,建立了该发生器的三维模型并分析了其工作原理,利用有限元仿真软件FLUENT对该发生器流场在不同工作压力下进行数值模拟仿真,分析仿真结果发现:当发生器的入口压力为1. 5 MPa时产生的气泡数量最多,在入口压力分别为0. 5、1. 0、1. 5和2. 0 MPa时,该发生器产生直径在1 nm左右的气泡所占比例分别为41. 9%、53. 3%、73. 2%和69. 6%;探讨了该发生器通流腔直径、扩张腔大/小径、旋流腔直径4个关键结构的尺寸对产生的气泡大小和数量的影响,并分析了产生相关影响的原因。结果表明:当入口压力为1. 5 MPa时,该微纳米气泡发生器产生的微纳米气泡数量最多,粒径最均匀;适当提高通流腔直径和旋流腔直径有利于提高该微纳米气泡发生器的工作性能,而改变扩张腔小径和扩张腔大径对于提高其性能均无显著的影响。     

脉动流化床气泡特性的研究

为了研究脉动流化床气泡特性,对流化床内气泡的特性进行了二维冷态模拟实验．利用摄像机捕捉流化床气固瞬间的流动状态,通过对图像进行分析,比较了脉动流化床和传统流化床内气泡尺寸,探讨了气泡平均上升速度和气泡尺寸受脉动参数和物料特性的影响．从实验可知,脉动气流可以抑制大气泡的形成,促进气固间的接触,且气泡的平均上升速度随脉动频率的增加有降低的趋势．     

微重力环境下低温推进剂贮箱内气泡运动及融合特性研究

在轨贮箱内气液分布特性极大影响箱内压力变化,为了提高主动控压技术的效率,延长推进剂在轨储存时间,开展微重力下低温推进剂贮箱内气泡运动及融合特性的研究至关重要。本文采用流体体积函数法模拟微重力条件下低温推进剂贮箱内单个不同尺寸氧气泡的运动以及多个随机分布氧气泡的融合过程。结果表明：10^-5g微重力条件下,随着贮箱内氧气泡半径增大,氧气泡所受浮力以及上下面的压强梯度越大,上升一定距离所需时间缩短;当氧气泡的半径小于100 mm时,氧气泡在释放后一段时间内最大速度小于10^-4 m/s,基本处于停滞状态,并且停滞时间随着氧气泡半径的减小而增长;当不同尺寸氧气泡上升时,即便有部分氧气泡半径小于100 mm,仍能在多个力场的综合作用下,缓慢上升并发生碰撞与融合,聚集于贮箱顶部,形成了稳定的椭球回转体形状的“气枕”构型。本文研究结果证明“气枕”集中模型假设是可行的。     

模拟孔喉构型变径通道中微气泡流动特性研究

为了了解微泡沫驱中微气泡在多孔介质中的渗流特性,设计制作了一种集成T型通道和变径通道的微流控芯片,采用基于显微成像的微流控系统观察了液相分别为去离子水和0.02%吐温20水溶液时,微气泡在变径通道内的流动特性,并采用CFD方法分析了微气泡融合、变形过程中速度和压力变化情况。研究结果表明,以去离子水为液相时,随着气体压力和液相流速的变化,微气泡在流经变径通道时出现融合和不融合两种行为;以0.02%吐温20水溶液为液相时,微气泡在流经变径通道时会依次通过;微气泡在“喉—孔”处融合时,表面张力促使微气泡变形导致周围流体速度波动较大,形成“涡流”;融合后的气泡再次进入“喉道”时,“孔道”内压力增大。本研究有助于进一步认识微泡沫驱的渗流特性及驱油机理。