高温高压鼓泡塔中气泡运动的实验观察与数值模拟
发布时间：2023-02-23 17:24
鼓泡塔反应器作为一种常见的气-液接触与反应装置,具有结构简单、操作方便、传热传质好等优点,广泛应用于化工、环境、生化、能源等领域。以往的研究者针对影响鼓泡塔流体力学的因素开展了大量研究,比如操作条件(空塔气速)、几何参数(分布器结构、塔径、高径比和内构件)、物性参数(气液相物性)等。这些研究多采用常温常压条件,然而实际的工业过程大都在高温高压下运行。文献中关于高温高压下流体力学的研究不多,且大部分针对流体的宏观性质::如平均气含率、流型转变速度等,对高温高压鼓泡塔中微观性质(气泡尺度)的研究还很缺乏,对气泡的微观流动机理与运动规律还没有得到清晰的认识。高温高压下物性变化交互耦合,影响复杂,了解苛刻条件下气泡的运动规律对理解两相鼓泡流动机理具有重要意义。同时鼓泡塔多在较高气速下运行,气泡间存在强烈的相互作用和介尺度结构,影响着宏观的两相流体力学行为,然而针对气泡团聚体的实验研究还很缺乏。鉴于此,本文将针对高温高压鼓泡塔中气泡的运动以及聚集状态进行研究,采用实验测量以及计算流体力学(CFD)两种方法研究气泡运动规律,考察温度、压力、气速、液体黏度等多种因素的影响,建立相应的流动模型。论文内...
【文章页数】：135 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
符号说明
1 绪论
2 文献综述
2.1 孔口气泡生成研究
2.1.1 气泡直径与脱离时间间隔研究
2.1.2 气泡生成模式研究
2.2 单气泡形状与浮升速度研究
2.2.1 气泡形状
2.2.2 气泡浮升速度
2.3 双气泡相互作用
2.4 气泡聚集状态研究
2.4.1 气泡群均匀分布研究
2.4.2 气泡群非均匀分布研究
2.5 本文工作思路与内容安排
3 实验装置及数据处理
3.1 实验装置
3.2 实验体系
3.3 数据处理
3.3.1 气泡尺寸以及浮升速度
3.3.2 气泡非均匀性表征
4 温度与压力对单孔气泡形成过程的影响
4.1 高沸点高黏度硅油体系实验测量
4.1.1 实验内容
4.1.2 压力对气泡生成的影响
4.1.3 温度对气泡生成的影响
4.1.4 孔径对气泡生成的影响
4.1.5 气泡直径与关联式比较
4.1.6 本节小结
4.2 高沸点低黏度十四烷体系实验测量
4.2.1 实验内容
4.2.2 压力对气泡生成的影响
4.2.3 温度对气泡生成的影响
4.2.4 孔径对气泡生成的影响
4.2.5 气泡直径与关联式比较
4.2.6 本节小结
4.3 低沸点低黏度水体系实验测量
4.3.1 实验内容
4.3.2 压力对气泡生成的影响
4.3.3 温度对气泡生成的影响
4.3.4 孔径对气泡生成的影响
4.3.5 气泡直径与关联式比较
4.3.6 本节小结
4.4 气泡直径关联模型
4.5 本章小结
5 温度压力对单气泡形状与浮升速度的影响
5.1 实验内容
5.2 压力与温度对气泡形状的影响
5.2.1 不同温度压力下气泡形状与纵横比
5.2.2 气泡纵横比与以往关联式比较
5.2.3 气泡纵横比新关联式
5.3 压力温度对气泡浮升速度的影响
5.4 本章小结
6 黏性流体中双气泡相互作用的实验与数学模拟
6.1 数学模型
6.2 计算方案
6.3 单气泡模拟结果
6.3.1 单气泡浮升速度
6.3.2 气泡尾涡长度
6.4 等直径双气泡相互作用
6.4.1 双气泡相互作用图像
6.4.2 气泡直径的影响
6.4.3 液体黏度的影响
6.4.4 表面张力的作用
6.4.5 气体密度的影响
6.5 本章小结
7 气泡群运动形态观察
7.1 常温常压鼓泡中低气速下的气泡群运动观察
7.1.1 实验内容
7.1.2 气泡空间分布图像
7.1.3 气泡群尺寸分布
7.1.4 气泡群空间分布
7.2 高温高压下气泡群运动形态观察
7.2.1 氮气-十四烷体系
7.2.2 氮气-水体系
7.2.3 氮气-硅油体系
7.2.4 气泡分布形态和聚并-分散机制的认识
7.3 本章小结
8 结论与展望
8.1 结论
8.2 展望
参考文献
作者简介
博士阶段取得的研究成果
本文编号：3748424
【文章页数】：135 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
符号说明
1 绪论
2 文献综述
2.1 孔口气泡生成研究
2.1.1 气泡直径与脱离时间间隔研究
2.1.2 气泡生成模式研究
2.2 单气泡形状与浮升速度研究
2.2.1 气泡形状
2.2.2 气泡浮升速度
2.3 双气泡相互作用
2.4 气泡聚集状态研究
2.4.1 气泡群均匀分布研究
2.4.2 气泡群非均匀分布研究
2.5 本文工作思路与内容安排
3 实验装置及数据处理
3.1 实验装置
3.2 实验体系
3.3 数据处理
3.3.1 气泡尺寸以及浮升速度
3.3.2 气泡非均匀性表征
4 温度与压力对单孔气泡形成过程的影响
4.1 高沸点高黏度硅油体系实验测量
4.1.1 实验内容
4.1.2 压力对气泡生成的影响
4.1.3 温度对气泡生成的影响
4.1.4 孔径对气泡生成的影响
4.1.5 气泡直径与关联式比较
4.1.6 本节小结
4.2 高沸点低黏度十四烷体系实验测量
4.2.1 实验内容
4.2.2 压力对气泡生成的影响
4.2.3 温度对气泡生成的影响
4.2.4 孔径对气泡生成的影响
4.2.5 气泡直径与关联式比较
4.2.6 本节小结
4.3 低沸点低黏度水体系实验测量
4.3.1 实验内容
4.3.2 压力对气泡生成的影响
4.3.3 温度对气泡生成的影响
4.3.4 孔径对气泡生成的影响
4.3.5 气泡直径与关联式比较
4.3.6 本节小结
4.4 气泡直径关联模型
4.5 本章小结
5 温度压力对单气泡形状与浮升速度的影响
5.1 实验内容
5.2 压力与温度对气泡形状的影响
5.2.1 不同温度压力下气泡形状与纵横比
5.2.2 气泡纵横比与以往关联式比较
5.2.3 气泡纵横比新关联式
5.3 压力温度对气泡浮升速度的影响
5.4 本章小结
6 黏性流体中双气泡相互作用的实验与数学模拟
6.1 数学模型
6.2 计算方案
6.3 单气泡模拟结果
6.3.1 单气泡浮升速度
6.3.2 气泡尾涡长度
6.4 等直径双气泡相互作用
6.4.1 双气泡相互作用图像
6.4.2 气泡直径的影响
6.4.3 液体黏度的影响
6.4.4 表面张力的作用
6.4.5 气体密度的影响
6.5 本章小结
7 气泡群运动形态观察
7.1 常温常压鼓泡中低气速下的气泡群运动观察
7.1.1 实验内容
7.1.2 气泡空间分布图像
7.1.3 气泡群尺寸分布
7.1.4 气泡群空间分布
7.2 高温高压下气泡群运动形态观察
7.2.1 氮气-十四烷体系
7.2.2 氮气-水体系
7.2.3 氮气-硅油体系
7.2.4 气泡分布形态和聚并-分散机制的认识
7.3 本章小结
8 结论与展望
8.1 结论
8.2 展望
参考文献
作者简介
博士阶段取得的研究成果
本文编号：3748424
本文链接：https://www.wllwen.com/guanlilunwen/gongchengguanli/3748424.html
