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.     

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。     

气泡生长及脱离过程中下边缘的迁移行为

基于高速摄像技术记录静止液体中气泡生长及脱离过程,并采用Image-Pro Plus 6.0软件进行后处理,研究了两种管径下气泡生长过程的形状变化.实验结果表明:由于不同管径下气泡生长过程中起主导的作用力不同,导致小管径生成气泡的高宽比随时间变化呈先陡后缓的上升趋势,大管径生成气泡的高宽比随时间变化呈先缓后陡的上升趋势;由于生长前期不满足脱离条件,小管径生成的气泡会出现下边缘向液体侧迁移的现象;大管径生成的气泡在气液面与固液面夹角小于接触角时即达到脱离条件,因此不会出现迁移;3.80 mm气泡脱离上浮的临界高宽比稍大于9.28 mm气泡相应值.     

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。     

底吹中间包气泡形成过程的数模研究

采用两阶段模型，使用MATLAB语言编程，对中间包气幕挡墙砖中气泡的形成过程进行了数学模拟，研究了影响气泡大小的因素。结果表明：中间包内所形成气泡的大小主要受气体流量、钢液流速和气孔直径的影响。气泡直径随气体流量的增大而增大，随钢水流速的增大而减小，随气孔直径的增大而增长。孔径增大对气泡直径的影响较明显，孔径较小且只在较小范围内波动时，钢液流速和气体流量是主要影响因素。     

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。     

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。     

上倾管道充气排液过程两相流动特性

在直径为40 mm、倾斜角为20°的管道内,以空气、水为试验介质,利用高速摄影仪和数据采集仪对上倾管道充气排液过程气液两相流动特性进行研究。建立跟随气泡和领先气泡速度比与气泡距离的关系,对比不同入口气体流速下管道内部压力、流量、气泡变化特性。结果表明,充气排液过程分为4个阶段,气体侵入和气液喷发阶段是气液混合物产生阶段,此阶段上倾管内流型以段塞流为主。管道底部压力和出口流量随气体流速的增大而增大,排空时间随气体流速的增大而减小。气体侵入过程气泡呈合并趋势,入口气速越大气泡越长,形状越不规则,领先气泡的速度和液体速度呈线性关系。Hout公式与本文中拟合公式最为接近。     

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。     

基于混合热格子Boltzmann方法有限热源加热气泡动力学模拟

为探究不同润湿性表面单气泡动力学特性,通过引入差分方法的单组分多相格子Boltzmann模型,耦合能量方程构成了气液相变模型,模拟了不同润湿性表面单气泡形成过程周围流场与温度场细观,阐述了气泡生长脱离机理;研究了润湿性、过热度、有限热源长度对气泡动力学影响。结果表明,在相同过热度下,疏水壁面气泡生长速度大于亲水壁面。气泡脱离直径和脱离时间随着接触角增加而增加,亲水表面气泡脱离直径随着有限热源长度增加而增加,脱离时间随长度增加而减小。疏水表面气泡脱离直径与有限热源长度无关,脱离时间随加热长度增加小幅度减小。在不同的过热度下,亲水壁面气泡脱离直径随着过热度增加而增加,脱离时间随着过热度增加而减小。过热度对疏水壁面气泡脱离直径影响不大,但是随着过热度增加,脱离时间明显减小。模拟结果为研究强化表面沸腾传热及表面润湿性的选择提供理论依据。     

毛细管内制冷剂的综合成核理论与模型

对毛细管内制冷剂的闪蒸机理提出“综合成核”理论，从该理论出发，建立了毛细管内制冷剂流动的数学模型，包括气泡密度模型，气泡成长模型和毛细管内制冷剂闪蒸流动数学模型，计算出了管内制冷剂闪蒸流动过程中的压力，温度，气泡密度，干度和空泡份额的分布，并对计算经进行了理论分析，结果表明，在实际闪蒸的流动过程中，由于流体的过热度较小，壁面成核是气泡产生的最主要原因。     

Physical model of fluid flow characteristics in RH-TOP vacuum refining process

To understand the characteristic of circulation flow rate in 250-t RH-TOP vacuum refining process, the l:4 water model test was established through the bubble behavior and gas holdup in the up-leg to investigate the effects of different processes and equipment parameters on the RH circulation flow rate. With the increases of lifting gas flow rate, lifting bubble travel, and the internal diameter of the up-leg, and the decrease of nozzle diameter, the work done by bubble floatage and the circulation flow rate increase. The expression of circulation flow rate was derived from the regression analysis of experiment data. Meanwhile, the influences of vacuum chamber pressure and nozzle blockage situation on the circulation flow rate were discussed in detail by the bubble behavior and gas holdup in the up-leg. It is necessary to maintain a certain vacuum chamber liquid level in the molten steel circulation flow. Compared with a nozzle with symmetrical blockage in the up-leg, when a nozzle with non-symmetrical blockage is applied, the lifting gas distribution is non-uniform, causing a great effect on the molten steel circulation flow and making the circulation flow drop largely.     

离心泵吸水室内气液两相流动试验及数值模拟

为了研究离心泵输送气液两相介质时吸水室内的流动规律,对透明模型离心泵进行了试验研究;同时基于Eulerian Eulerian非均相流模型,对离心泵内气液两相流动进行了数值模拟,采用试验验证过的数值计算模型分析了吸水室内的两相流动,揭示了吸水室内流型的变化规律,建立了流型与泵外特性之间的关系。研究结果表明：吸水室内最多可能出现8种流型,但在某一转速下,最多只会出现6种流型;气体螺旋长度随液体流量的增大而减短,随转速的增大而增长;螺旋流的出现极大地增大了吸水室内的湍流强度,降低了泵的稳定性;吸水室内流型为稳态螺旋泡状流时,泵的扬程较大,离心泵效率最高时,吸水室内流型为稳态非螺旋泡状流或脉动非螺旋泡状流。     

水基纳米流体在竖直毛细管中的气液两相上升流流型特性

研究了在内径为1.6 mm的竖直玻璃毛细管圆管内的氮气-CuO水基纳米流体的上升两相流流型分布图.首先对毛细管内氮气-去离子水的两相流流型进行实验研究,并与常规管的半理论半经验公式进行了比较.然后在水中添加不同比容积的十二烷基苯磺酸钠(SDBS)和CuO纳米颗粒制备成纳米流体,对氮气-纳米流体在垂直毛细管内的流型图进行了测量.研究发现,和常规管相比,毛细管内气-水两相流各种流型的转化在较低的流速下就已产生.使用纳米流体后,毛细管内的气液流型转化在更低的流速下产生.纳米流体对两相流流型的影响主要是由于添加表面扩散剂SDBS和纳米颗粒后降低了溶液表面张力而产生的.纳米流体中的纳米颗粒和表面扩散剂浓度对流型图几乎无影响.     

空气源热泵毛细管节流空调系统的研究

根据气液两相流动的均相流假设,建立了绝热毛细管的分布参数模型.在冷热工况下空调系统制冷剂充注量差值的基础上,采用该模型模拟计算了应用毛细管节流的热泵型空调系统中主副毛细管的长度.将储液器法和采用主副毛细管控制制冷剂流量这两种方法进行了对比分析,结果表明,在控制系统高低压差和制冷剂流量时,两种方法各有利弊.因此,提出了采用主副毛细管和增加储液器相结合的方法控制热泵型空调系统冷热工况下的制冷剂流量.     

水平管内气液两相泡状流壁面切应力的研究

利用TSI-1268W热膜探针测量了内径为35mm的水平管内气液两相泡状流的壁面切应力，得到了充分发展段同一截面上不同周向位置处的壁面切应力及其波动幅度数据．结果显示，管道顶部壁面切应力瞬时信号的功率谱密度没有明显的单一峰值，表明壁面切应力的变化具有非周期性特征．液相中加入气泡后，在管道下部的壁面切应力增大，在含气率较高的管道上部出现了壁面切应力减小的现象．随着气相流速的增加，管道上部的壁面切应力有较小幅度的降低，管道中下部的壁面切应力有较大幅度的增加；随着液相流速的增加，管道中下部的壁面切应力增加的幅度基本相同．低液流速度下，在管道上部，泡状流时的壁面切应力波动幅度要小于单相液流时的值，并随着气相流速的增加而减小，在管道下部，泡状流时的壁面切应力波动幅度与单相液流时的值接近．气泡的加入似乎对壁面切应力的波动有抑制作用，在高液流速度下，加入气泡对壁面切应力波动幅度的影响变小．     

毛细管两级串联节流特性

基于单根绝热毛细管模型建立了绝热毛细管的两级串联节流模型,并根据房间空调器的相关实验数据进行了验证,以两级毛细管的同何尺寸（内径和管长）为变化参数,通过模型对串联节流流量特性进行了仿真和分析,发现了流动壅塞位置的多样性及其对流量的影响,提出了可以指导房间空调器中串联毛细管设计的两点结论：高压连接管只要满足一定的几何尺寸范围就能起到辅助节流的作用;热泵工况下辅毛细管的内径是影响流量的主要参数。     

顶吹搅拌液相流体的水模实验与数值模拟分析

采用水模型和VOF数学模型对浸没式气体顶吹搅拌液相流体分别进行实验与数值模拟,分析在不同喷吹条件下气泡在液相中的形变、运动及液相流体的流场特性。结果表明,随着气流量和喷管浸入液面深度的增加,气-液混合区域分布范围逐渐扩大,液面波动更剧烈;气流量越大、喷管浸入液面越深、液相温度越高,气泡运动对液相流体内部的搅拌作用越强,流体内部扰动越剧烈,液相流场域中的流场速度越大,其中,当气流量为2.0m3/h、喷管浸入液面深度为340mm时,其液相流场速度最大值达到1.18m/s。     

缩放型导流筒气升式内环流反应器特性——气液两相牛顿流

从气相含率、液体循环速度和体积氧传质系数方面研究气液两相牛顿流体在缩放型导流筒气升式内环流生物反应器内的流体力学与传质特性.内导流筒分别采用传统圆柱型和三种不同结构参数的缩放型,实验介质为空气—水两相牛顿流体系.结果表明,与传统圆柱型导流筒比较,缩放型导流筒气相含率提高10%以上,体积氧传质系数在较大范围内提高.圆柱型导流筒反应器的液体循环量(Ar·ULr)大于各缩放型导流筒反应器的液体循环量.还在Higbie穿透理论和Kolomogoroff各向同性理论的基础上建立了体积氧传质系数与操作条件管结构参数间的关联式.