非均匀电场作用下气泡生长及运动的可视化研究

发布时间：2022-01-24 04:56

　　液气多相流广泛存在于自然界和工程应用中。在液气多相流系统中两相之间接触面积越大,相间作用更加剧烈,传热传质效率越高。通常可采用减小气泡尺寸的方式增大相间接触面积。通过在液气多相流系统中施加电场的方式形成荷电多相流可以产生微米级气泡从而强化相间分散,荷电多相流还具有能耗低和易于控制等优点,为发展高效液气多相分散技术提供了新方法。1目前关于荷电多相流的研究主要关注荷电气-液或液-液多相流系统,对荷电液气多相流系统中气泡的生长和分散研究较少。荷电液气两相流系统传热传质效率受电场中气泡形态变化、体积分布和运动特征等因素的影响。分析气泡生长及运动过程并建立数学模型是探讨电场作用下气泡动力学的重要途径。本文以非均匀电场作用下的单气泡为研究对象,借助可视化及图像处理技术,探究了非均匀电场中气泡生长演化规律,主要研究内容和结论如下:（1）对电场作用下气泡生长演化过程进行可视化研究。搭建了液气静电分散实验台,采用高速数码摄影技术并结合图像处理方法捕捉了气泡生长演化的连续过程,系统地研究了在低Re（雷诺数）下单个气泡的生长和脱离过程。实验结果表明:电场作用下气泡生长过程发生明显变化。气泡脱离频率增加,脱离... 

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【部分图文】：

管口处作用于气泡上的力Fig2.1Forceonthebubbleatthenozzle

江苏大学硕士学位论文11图2.1管口处作用于气泡上的力Fig2.1Forceonthebubbleatthenozzle2.1.2单气泡的脱离随着气泡生长其浮力会逐渐增大，当浮力的大小接近表面张力时气泡会脱离管口。气泡脱离过程一般认为分两个阶段：膨胀阶段和脱离阶段。在膨胀阶段气泡维持球形附着于管口同时逐渐生长、体积增大。在脱离阶段中，气泡受浮力作用向上延伸，并不直接附着于管口上，但是气泡与毛细管之间仍然通过一个“颈”相连接。如图2.2所示为气泡脱离过程的示意图。图2.2气泡脱离过程受力分析图Fig2.2Forceanalysisdiagramofbubbledetachmentprocess基于Gaddie等[73]针对气泡脱离时气泡的直径与颈大小关系的测量，当气泡脱离时颈长与气泡直径存在下列关系式：

江苏大学硕士学位论文17图2.3气泡相界面电应力示意图Fig2.3Electricstressesoninterfaceofbubble气液相界面通过作用在气体和作用在液体上的压力之和表示：fs=fsl+fsg(2.43)电场力作用在气液相界面可以分解为切向和法向的分量，得到如下结果：fsn=12[εl(Eln2Elt2)εg(Egn2Egt2)+ρldεldρlEl2ρgdεgdρgEg2]nl（2.43）fst=(εlElnEltεgEgnEgt)tl=(εlElnεgEgn)Egttl=qsEvttl（2.44）式中nl是指向液相的单位法向量，tl是气液相界面的切向量。qs是气液相界面由于电场强度差异产生的自由电荷的密度。非均匀电场中气泡表面电场力并不均衡，从气泡顶部到气泡底部电场力显现先增大在减小的趋势，电应力分布示意图如图2.4所示。电应力的正方向沿法线从液体到气体，电应力压缩气泡横向长度，但拉长了纵向两极。当气泡长大时，气泡横向电应力会挤压颈部，极大促进了气泡颈部的形成，从而大幅加快了气泡的脱离频率。气泡表面法向方向电场力合力向上，也促进了气泡的脱离过程[53]。图2.4气泡表面电应力变化示意图Fig2.4Variationoftheelectrohydrodynamicstressesalongthebubblesurface

【参考文献】：
期刊论文
[1]电场作用下气泡分散特性的实验研究[J]. 王军锋,胡巍瀚,刘海龙,霍元平,王东保.  高电压技术. 2019(11)
[2]荷电双流体喷雾射流沉积均匀性分析[J]. 姚江,王军锋.  湖北农业科学. 2017(21)
[3]醇在油相中荷电雾化的实验研究[J]. 王军锋,孙成仁,霍元平,许荣斌.  工程热物理学报. 2016(07)
[4]微纳米气泡曝气技术在生活污水处理中的应用研究[J]. 吕宙,从善畅,程婷,王建.  广州化工. 2014(07)



本文编号：3605894