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...     

基于FTM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（FTM, Front Tracking method）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。     

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。     

单个三维气泡运动的直接数值模拟

采用VOF（Volume—of-Fluid）中的PLIC（Piecewise Linear Interface Calculation）界面重构方法模拟了三维气泡在另一种静止流体中的上升和变形运动;在数值模拟的例子中分别考察了不同黏度和表面张力对气泡在上升过程中的变形及上升速度等的影响．计算结果表明,PLIC界面重构方法可以正确地模拟气泡的变形、破裂等过程．黏性和表面张力在气泡运动过程中的作用可以用Eoetvoes数和Reynolds数来描述．在相同的密度和黏度比的情况下,表面张力越大,则气泡的形状变化越小,上升的速度越快,表面张力起着使气泡保持原状的作用;黏性越小,则气泡在上升过程中射流穿透上表面的时间越早,变形速度越快．     

静止水中单气泡形状及上升规律的实验研究

为了研究静止液体中单气泡的形状及运动规律,以静止水中运动的单气泡为研究对象,采用高速摄影法和数字图像处理技术,通过实验研究单气泡在水中生成及上升的过程。提出用气泡圆形度C描述气泡形状,采用不同量纲一参数对气泡圆形度进行预测,并分析气泡运动轨迹、终速度的变化规律。研究结果表明:采用We数或Re数对气泡圆形度进行预测效果最好;气泡在运动过程中的轨迹呈直线型、之字型、螺旋型3种形态,且终速度随气泡变形的加剧而变化,气泡形状为球形时运动速度最小,为球帽形时速度最大。     

垂直壁面附近单气泡运动特性可视化研究

为了明晰气泡在壁面附近的浮升行为及运动规律,采用高速摄影结合阴影图像处理算法,对水中近壁面气泡的迁移行为进行了可视化研究,探讨了不同初始离壁距离条件下气泡运动轨迹、形状和上升速度的变化规律。研究结果表明：在气泡上升的初始阶段,当气泡与壁面量纲一间距S^*≤1.4时,气泡趋向于壁面运动;当S^*≥2.05时,气泡远离壁面运动。在本研究的参数范围内,当S^*≤0.61时,气泡与壁面发生周期性碰撞,碰撞瞬间气泡水平速度发生反转,气泡形状由椭球形突变为球形;当S^*≥1.4时,气泡与壁面不再发生碰撞,气泡呈“之”字形振荡上升,上升轨迹近似于正弦曲线。随着气泡初始离壁距离进一步增加,气泡上升轨迹振荡的幅度减小,周期增大,壁面效应逐渐减弱;当气泡变形程度减小时,气泡纵横比的振幅变大。气泡水平速度呈现与气泡轨迹相同的变化趋势,振幅减小,周期增大;而气泡垂直速度基本不随初始离壁距离的改变而变化。当气泡与壁面不发生碰撞时,气泡垂直速度的振荡周期为水平速度振荡周期的1/2。     

大气泡在水中上升的运动状态模拟

为得到尺寸相对较大(D≥20 mm)的气泡在水中上升时流场及气泡形状的变化情况,用Fluent软件分别对水中有一个或多个大气泡涌入后,气泡的运动过程进行了模拟.对一个气泡上升的过程进行数值模拟,得出气泡形状由球形逐渐变为小圆帽形.对连续多个气泡上升的过程进行模拟,可以看到当第一个气泡已变成小圆帽形状时第二个气泡略有变扁.若从第一个气泡开始算起,以2个气泡为一组,则组与组之间运动规律是相似的.     

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．     

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.     

基于VOF方法发动机水下排气气泡特性研究

为了研究发动机水下排气气泡运动特性,从工程应用问题出发,分析气泡水下运动及演化特性.考虑重力、浮力、黏性阻力及表面张力作用,运用VOF(流体体积法)方法对气液两相界面进行追踪,对单气泡运动特性进行模拟计算,提出一种计算气泡形心坐标、运动轨迹、速度大小的方法;基于对菲克定律中扩散通量的求解模拟了单气泡在水中的溶解特性.结果表明:气泡在水下上升过程中底部持续向内凹陷,形状由球形变为扁椭球形或帽形;单气泡在水中的运动轨迹初始为直线,随后开始左右摆动上升,摆动幅度逐渐变大,为类S曲线;x方向速度从零开始增大,并在Vx=0这条直线上下波动,幅度逐渐增大;y方向速度经历了由零到快速增长、近似恒定、急剧减小的过程.     

气泡室

介绍了格拉泽的生平，回顾了他对气泡室的发明和研究的历史过程，再现了这一重要发明的思想的产生、发展及其成熟的过程，以及格拉泽发明气泡室的意义和给我们的有益启示．     

磁泡点阵

实验发现系列脉冲偏场能形成磁泡点阵,并给出了其形成规律,为磁泡点阵的形成提供了一种方法。     

鼓泡床反应器中气泡尺寸和速率分布的实验研究

在内径为0.1 m、高度为1.5 m的鼓泡床反应器中,当表观气速(ug)为0.53~7.46 cm/s时,利用双头电导探针测定了上升和下降气泡的尺寸和速率。实验结果表明:在所测试的表观气速范围内,存在3个流型区域,即安静鼓泡区、过渡区和湍流鼓泡区,3区域间转变的ug分别为2.13 cm/s和4.26 cm/s。考察了不同流型区内上升和下降气泡的尺寸和速率的轴向和径向分布:在安静鼓泡区,气泡的尺寸和速率分布均匀;而在过渡区和湍流鼓泡区,气泡的尺寸和速率随反应器轴向和径向位置的改变而发生明显的变化。相同ug下,在反应器中心,下降气泡比上升气泡尺寸小30%~40%;当ug一定,轴向高度为0.6 m(h/D=6)时,反应器中心的下降气泡比上升气泡速率小55%左右;而在无因次径向位置r/R=0.8处,下降气泡比上升气泡速率小40%左右。     

电浮选过程中气泡行为的研究

为了更好地研究气泡对浮选效果的影响,基于电浮选过程中气泡的特点和特性方程,分析电浮选过程中影响气泡直径的主要因素并确定粒子与气泡的碰撞概率.研究结果表明:在酸性介质中,电极材料对氢气泡直径有明显的影响,中性介质和碱性介质中电极材料对氢气泡直径的影响较小,但介质pH对氧气泡和氢气泡直径均产生较大影响;电极直径和电流密度在所研究的范围内对氢气泡直径和氧气泡直径的影响不大,只是部分气泡直径的分散性变得更加明显;随着温度的增加,最大气泡量所对应的氢气泡直径明显增大,但氢气泡的直径分布范围并未发生太大的改变;随着电流密度的增加,气泡的直径减小,当电流密度达到某一数值时,粒子与气泡碰撞概率达到最大.     

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.     

Bubble Content in Air/Hydro System——Part 1 :Measurement of Bubble Content

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＡｉｒ/ｈｙｄｒｏｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓｙｓｔｅｍｓａｒｅｗｉｄｅｌｙａｐｐｌｉｅｄｉｎｉｎｄｕｓｔｒｙ,ｂｕｔｔｈｅｒｅａｒｅｓｏｍｅｐｒｏｂｌｅｍｓ.Ｔｈｅｍｏｓｔｓｅｒｉｏｕｓｐｒｏｂｌｅｍｉｓｂｕｂｂｌｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ.ＴｈｅｂｕｂｂｌｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｉｓｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｉｎＲｅｆ.[1].Ｔｈｅａｉｍｏｆｔｈｉｓｐｒｏｊｅｃｔｉｓｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｂｕｂｂｌｅｃｏｎｔｅｎｔ.Ｔｈｅｓｔｕｄｉｅｓｐｒｏｖｉｄｅｆｕｒｔｈｅｒｉｎｓｉｇｈｔ…     

鼓泡床中分布器对气泡行为影响的电容层析成像分析

采用英国Process Tomography有限公司研制的12电极双面电容层析成像(ECT)系统,研究了不同的分布器结构对鼓泡床气泡行为的影响。结果表明:在相同的表观气速下,随着分布器开孔数目的增多,气含率相应增加;随着表观气速的增加,气含率逐渐上升;当分布器具有泡罩结构时,对应的气含率较高。借助Plot3d考察了气泡上升过程中的准三维结构,发现气泡(群)的上升过程近似一种螺旋运动。     

Bubble Content in Air/Hydro System——Part 2:Factors Influencing Bubble Content

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＴｈｅａｉｒ/ｈｙｄｒｏｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓｙｓｔｅｍｉｓｗｉｄｅｌｙａｐｐｌｉｅｄｉｎｉｎｄｕｓｔｒｙ,ｂｕｔｔｈｅｂｕｂｂｌｅｓｇｅｎｅｒａｔｅｄｄｕｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍｏｐｅｒａｔｉｏｎａｆｆｅｃｔｔｈｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｎｄｑｕａｌｉｔｙｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍ[1].Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｃｏｎｔａｉｎｓｆｕｒｔｈｅｒｉｎｓｉｇｈｔｉｎｔｏｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｂｕｂｂｌｅｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｒｅｇｕｌａｒｉｔｙｏｆｂｕｂｂｌｅｔｒａｎｓｐｏｒｔｉｎｔｈ…     

塔板式鼓泡塔的流体力学特性

研究了φ７ｃｍ金属丝网塔板（ａ＝０．６４）鼓泡塔的流体力学特性，气速和液速的变化范围分别为：０＜ｖｇ＜８ｃｍ／ｓ，０．３＜Ｖ１＜３．３ｃｍ／ｓ，塔内金属丝网析数为０～３７． 丝网塔板的应用有效地限制了气泡合并，并使气泡大小及分布均匀，气含率及相际面积均大为增加。但塔板的应用增加了鼓泡塔中的阻力降，其值可由分离流动摸型或由测定液相内循环速率及单相流动阻力系数得到。丝网塔板大大减小了鼓泡塔的液相返混，其流动接近于活塞流．