射流场中单个气泡破裂行为的机理和模型

发布时间：2020-12-04 23:12

　　气泡作为气液两相流中的分散相,对整个系统的质量、热量和动量的传递都有十分重要的影响,在气液两相流研究中扮演了连接宏观尺度与微观尺度的重要角色。本文利用高速摄像法获取和分析了射流场中单个气泡的上升、尺寸变化和破裂过程,同时利用粒子图像测速技术得到了液相单相射流场的流场信息,并进一步对比分析射流场中单气泡破碎规律及原因。通过二维PIV对不同流速下的射流流场进行了无分散相存在时的拍摄研究,结果表明本文射流场为对称的锥形。在竖直方向上剪切速率先增大后减小,在距离射流口上下均为2mm处达到最大,距离射流口超过5.2 mm的区域剪切速率基本相等。气泡在形变和破碎的过程中所经过的射流场区域剪切速率最低也在100 s-1以上。在对气泡破碎过程研究中,利用点胶针头向液相中注入空气产生的气泡当量直径与针头内径存在线性关系。随着管道雷诺数的不断变大,破碎概率不断提高。在管道雷诺数5699～6279之间发生的破碎均为二元破碎,在管道雷诺数大于7825时气泡均会发生破碎。结合2D-PIV得到的射流场信息,得到此时射流场中气泡破碎的临界毛细管数为0.015。通过对不同流速下气泡破碎位置的统计,发现气泡在轴向中心线... 

【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：69 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１－１气泡破碎临界韦伯数Ｉ１１】??Ｆｉｇ．?１－１?Ｔｈｅ?ｃｒｉｔｉｃａｌ?ｗｅｂｅｒ?ｎｕｍｂｅｒ?ｏｆ?ｂｕｂｂｌｅ?ｂｒｅａｋｕｐ??

?式（１－７）??１．１．４气泡破碎的相关研究??气泡破碎过程中的形态变化［１１］如图１－２所示。在流场作用下气泡中部会先出现凹??陷，之后因为毛细作用凹陷会越来越明显，形成一个十分细长的颈，最后在颈部发生??破裂。破裂后，气泡或形成两个相差不大的子气泡，或产生一大一小，同时较大子气??泡有一定概率继续发生破裂，发生多元破碎。从发生形变到气泡破碎的过程一般都是??毫秒级别。??°？Ｄ°??丨ｏ?Ｑ?鳥、〇汽??图１－２气泡破碎过程??Ｆｉｇ．?１－２?Ｔｈｅ?ｐｒｏｃｅｓｓ?ｏｆ?ｂｕｂｂｌｅ?ｂｒｅａｋｕｐ??Ｗａｌｔｅｒ?ｅｔ?ａｌ［２Ｇ］通过研宄气泡的破碎过程指出气泡破碎分为振荡、哑铃状延伸和破??裂三个阶段。Ｍａｒｔｉｎｅｚ?Ｂａｚａｎ?ｅｔ?ａｌ１２１１通过定义气泡的临界尺寸ｄｃ找到了气泡的破裂频??４??

２．１．１．１气泡破碎实验装置??实验装置可以分为三部分，分别为气泡发生系统、射流系统、高速摄像系统，示??意图如图２－１所示，实验装置的型号和具体参数如表２－１所示。气泡的生成、上升和??破碎过程都会在３００?ｍｍｘ２５０?ｍｍｘｌ５０?ｍｍ的有机玻璃槽中发生。在有机玻璃槽的底??部开了一条缝，能够插入不同规格的点胶针头，同时便于改变气泡发生的位置。射流??入口位于槽子侧面中下部位置，而排水口为位于另一侧的上半部分。??气泡发生系统是由恒流注射泵、注射器和不同规格的点胶针头三部分组成。实验??主要通过不同规格的不锈钢点胶针头产生不同大小的气泡。本实验所用注射器容量为??１２０?ｍｌ。??射流系统如图２－１?（ａ）所示，由水槽、隔膜泵、隔膜气压罐、背压阀、射流喷管??和相应管路组成。射流喷管为５．２ｍｍｘ５．２ｍｍ方孔不锈钢管，长度为２８ｃｍ。射流喷??管２８ｃｍ的长度能够让湍流充分发展。背压阀是为了保证整个操作系统的安全性，当??管路压力超过３００?ＫＰａ时，背压阀会自动打开，防止管路爆裂等意外情况的发生。??高速摄像系统如图２－１?（ｂ）所示，由计算机、相应的控制软件、高速相机和光源??组成


本文编号：2898402