气泡破碎及其三维PIV实验研究

发布时间：2017-07-07 03:06

  本文关键词：气泡破碎及其三维PIV实验研究

  更多相关文章： 气泡破碎 高速摄像技术 体三维PIV技术 VOF模型

【摘要】：在气液两相反应器中,气泡的破碎是一个相间接触面积增大的过程,这对诸多需要通过增大相间接触面积从而促进传质的化工过程来说具有重要的意义。本课题主要利用高速摄像技术、二／三维粒子成像测速技术(PIV),并结合数值模拟方法对单个气泡在射流流场作用下的破碎过程进行研究。本课题利用高速摄像技术拍摄气泡的生成、上升、横向移动到破碎的完整轨迹,分析气泡发生位置、气泡直径及射流雷诺数对气泡的破碎过程、形式、概率以及破碎生成的子气泡数目的影响。结果表明：在气泡上升阶段,气泡受到射流流场的影响有背向射流喷嘴出口方向的偏移,同时发生明显的变形；在气泡剪切-拉伸阶段,气泡受到强烈剪切的位置是气泡的破碎形式与概率的主要影响因素,而该剪切位置又与射流雷诺数、气泡直径和气泡出口距离密切相关。根据破碎生成的子气泡数目可将破碎形式分为二元、三元和多元破碎。本课题使用二维PIV技术对高速摄像实验中的单相射流流场进行测量,以找出二维流场与气泡行为之间的对应关系。使用体三维PIV技术对高速摄像实验中的射流流场及气泡行为进行同步测量,结果表明：气泡的存在会使其所在位置处的液相流场速度相比于单相流动时而言有不同程度的增加,且气泡的运动速度大于其周围流场的流速。本课题采用CFD数值模拟方法中的VOF模型,对高速摄像实验中存在气泡时的射流流场及气泡行为进行瞬态二维模拟。在数值模拟中得到的气泡的形态及其变化规律基本上与同实验条件下高速摄像技术拍摄的结果一致,并且液相射流流场也会受到气泡位置和速度的影响而发生变化。
【关键词】：气泡破碎 高速摄像技术 体三维PIV技术 VOF模型
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ021.1
【目录】：

• 学位论文数据集4-5
• 摘要5-7
• ABSTRACT7-16
• 第一章 文献综述16-34
• 1.1 气-液两相流领域内气泡的研究进展16-17
• 1.2 气泡的破碎17-20
• 1.2.1 气泡破碎过程18
• 1.2.2 气泡破碎原因18-20
• 1.2.3 子气泡研究20
• 1.3 气泡的实验测试方法20-27
• 1.3.1 接触式测量方法20-21
• 1.3.2 非接触式测量方法21-27
• 1.4 气泡的数值模拟方法27-32
• 1.4.1 VOF模拟方法28-30
• 1.4.2 其他数值模拟方法30-32
• 1.5 本文研究内容32-34
• 第二章 实验装置及方法34-44
• 2.1 实验装置34-37
• 2.1.1 实验系统34-36
• 2.1.2 实验试剂36
• 2.1.3 有机玻璃槽36
• 2.1.4 气泡生成装置36-37
• 2.2 高速摄像法37-40
• 2.2.1 拍摄体系37
• 2.2.2 高速摄像系统37-38
• 2.2.3 高速相机参数及拍摄范围38-39
• 2.2.4 高速相机标定39
• 2.2.5 高速相机拍摄39-40
• 2.2.6 图像分析方法40
• 2.3 二维PIV拍摄40-42
• 2.4 三维PIV拍摄42-44
• 第三章 高速摄像技术研究气泡破碎44-60
• 3.1 气泡破碎过程典型阶段的定义44-46
• 3.2 气泡的破碎形式46-48
• 3.2.1 气泡破碎形式的划分46-47
• 3.2.2 气泡破碎形式的概率47-48
• 3.3 气泡的上升阶段48-50
• 3.4 气泡的剪切-拉伸阶段50-58
• 3.4.1 气泡的剪切位置50-52
• 3.4.2 气泡的剪切位置与气泡破碎的关系52-53
• 3.4.3 气泡的剪切-拉伸位移53-54
• 3.4.4 气泡的剪切-拉伸时间54-56
• 3.4.5 气泡的破碎位置56-58
• 3.5 小结58-60
• 第四章 粒子成像测速(PIV)技术研究气泡破碎60-70
• 4.1 二维PIV实验60-65
• 4.1.1 单相射流流场的速度60-62
• 4.1.2 单相射流流场的剪切速率62-63
• 4.1.3 单相射流流场的湍流动能63-64
• 4.1.4 单相射流流场的湍流动能耗散率64-65
• 4.2 体三维PIV实验65-68
• 4.2.1 气泡上升阶段的气-液复合射流流场65-66
• 4.2.2 气泡剪切-拉伸阶段的气-液复合射流流场66-68
• 4.3 小结68-70
• 第五章 二维数值模拟法研究气泡破碎70-84
• 5.1 模拟方法70-72
• 5.1.1 网格划分70-71
• 5.1.2 模拟对象与边界条件71
• 5.1.3 模型选择与求解方法71-72
• 5.2 模拟结果72-82
• 5.2.1 气泡二元破碎过程72-77
• 5.2.2 气泡不破碎过程77-82
• 5.3 小结82-84
• 第六章 主要结论与创新点84-86
• 6.1 主要结论84-85
• 6.2 创新点85-86
• 参考文献86-90
• 致谢90-92
• 导师和作者简介92-93
• 专业学位硕士研究生学位论文答辩委员会决议书93-94

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 赵知辛;王焕然;李彦鹏;席光;;用Level Set方法对水下两个气泡运动的数值模拟[J];西安交通大学学报;2009年07期

2 张淑君;吴锤结;;气泡之间相互作用的数值模拟[J];水动力学研究与进展A辑;2008年06期

3 李彦鹏;关卫省;;应用Level Set方法模拟三维气泡与液滴的运动[J];地球科学与环境学报;2007年02期

，

本文编号：528637