低含气率条件下文丘里管气泡发生器内气泡碎裂过程研究
发布时间：2021-03-15 13:22
借助影像处理软件PFV和图像处理软件Image-Pro Plus,详细分析了高速摄像仪获取的文丘里管气泡发生器内气泡的输运及破碎过程。研究表明:文丘里管气泡发生器内气泡的破碎过程存在2个明显的不同阶段;气泡在扩张段入口处存在明显的减速过程,且在减速过程中存在3种主要的形变过程;气泡的减速过程对气泡的碎化存在重要影响;气泡在扩张段的迅速减速,造成了气-液之间的运动速度差迅速加大,极大强化了气-液之间的相互作用,致使在扩张段较大直径的气泡迅速碎裂成大量的微小气泡。
【文章来源】：核动力工程. 2016,37(06)北大核心
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
实验系统回路图
hematicDiagramofExperimentLoop10000fps。为避免光线折射引起拍摄的气泡图像变形失真，拍摄位置方向尽量垂直于管壁。文丘里管气泡发生器的入口、喉部和出口均有测压点，当地表压采用0.05级精度的压力传感器测量。水流量由0.5级精度的涡轮流量传感器测量，气体流量计精度等级为1级。空气流量、水流量、文丘里管进出口及喉部压力等参数由美国国家仪器公司（NI）数据采集系统采集，并存入计算机中。高速视频数据由软件PFVVer.3.25和Image-ProPlus6.0进行分析和处理。1.2实验元件试验测试的文丘里管气泡发生器结构如图2所示。气泡发生器主要由渐缩段、喉部和渐扩段3部分组成。设计参数：入口段直径50mm；收缩角为22.5°，扩张角为7.5°；喉部直径25mm，长50mm。另外，为了均匀向发生器内注气，喉部设计了一注气环腔，注气环腔内壁均匀分布15个直径为1mm的注气孔。设计水流量为15～20m3/h，对应喉部水流速范围约为8.5～11.2m/s。空气流量为0.6～0.7L/min。图2文丘里管气泡发生器结构图Fig.2StructureofaVenturi-TypeBubbleGenerator2实验结果分析2.1实验分析方法在进行视频数据分析时，为了测量方便，选取扩张段入口处为基准面，选取喉部直径为标尺（喉部直径为25mm）。由于气泡形状通常不规则，以气泡的最大宽度及最大高度作辅助长方形，认为辅助长方形的中心近似为气泡的质心，气泡质心及基准线的选取如图3所示。通过量取单个气泡每0.1ms上升的距离，便可以得到气泡上升的速度，如图4所示。由于时间间隔足够小，可近似认为在每一个0.1ms内气泡为匀速运动，则某一时刻的瞬时速度可以近似为：1ΔiiHHVt(i=1,2,3)（1）
莫政宇等：低含气率条件下文丘里管气泡发生器内气泡碎裂过程研究43式中，Hi为第i帧图像气泡距离基准线的高度；图3基准线选取及气泡中心位置确定Fig.3SelectionofBaselineAndDeterminationofi1H为第i+1帧图像里该气泡距离基准体的高度；Δt为连续两帧图像的时间间隔，为0.1ms；Ｖ为气泡运动速度，m/s。为了减小测量引起的误差，选取30个典型且清晰的气泡按上述方法量取计算。2.2气泡的碎化过程气泡从喉部流出直至完全碎化，整个过程存在2个明显的不同阶段。气泡在从喉部流出以后，在减速过程中不断发生变形，然后发生分裂或者局部发生破碎，有微小气泡从大气泡的局部位置剥离出来。随后，发生分裂的气泡迅速发生破碎，碎化为大量的微小气泡。图5为典型气泡从喉部流出后，经历减速、分裂和完全碎化的过程，可以明显看出气泡分裂和碎化2个典型阶段。将气泡从拍摄的图片底部出现在影像中的时刻设为0ms，气泡上升过程存在明显的减速过程，当水流量为20m3/h时（喉部水流速度约11m/s），气泡由喉部注入后，先以略小于主流的速度8m/s左右上升进入扩张段，气泡运动速度迅速降至3.5m/s左右，直至气泡破碎。虽然渐扩段主流的速度也会逐渐降低，但降低的幅度很小，只是从11m/s降到9m/s左右；所以气泡与周围的水流之间的速度差迅速加大，破碎几乎就发生在气泡速度最小的位置。因此，气泡破碎的原因和气泡的减速过程存在很大关系，这一点和一般直管内的气泡在紊流作用下破碎过程不同，也是理解文丘里式气泡发生装置内气泡碎化作用机制的关键。气泡运动速度的迅速降低，除了流通面积增加、主流速度降低导致的静压升高的原因之外，还应该存在其他因素，需要进一步深入研究。2.3气泡的变形过程气泡在进入渐扩段之前都保?
【参考文献】：
期刊论文
[1]Optimization of cavitation venturi tube design for pico and nano bubbles generation[J]. Xiong Yu,Peng Felicia. International Journal of Mining Science and Technology. 2015(04)
[2]文丘里式气泡发生器工作特性分析[J]. 居晓峰,孙立成,唐文偲,运红宇,阎昌琪. 核技术. 2014(12)
[3]不同结构空化气泡发生器的试验研究[J]. 田野,杨润全,王怀法. 煤炭技术. 2014(06)
[4]文丘里式气泡发生器气泡碎化特性研究[J]. 唐文偲,阎昌琪,孙立成,刘卫,李华. 原子能科学技术. 2014(05)
[5]文丘里管反应器空化泡的动力学特性[J]. 沈壮志,柳楠. 陕西师范大学学报(自然科学版). 2012(01)
[6]Dynamic behaviors of cavitation bubble for the steady cavitating flow[J]. Jun CAI,Xiulan HUAI and Xunfeng LIInstitute of Engineering Thermophysics,Chinese Academy of Sciences,P.O.Box 2706,Beijing 100190,China Professor. Journal of Thermal Science. 2009(04)
[7]气泡发生器结构性能的研究与进展[J]. 桂夏辉,刘炯天,曹亦俊,丁起鹏. 选煤技术. 2009(02)
[8]文丘里管空化器内空泡动力学特性的数值模拟[J]. 付勇,张晓冬. 化学工程与装备. 2007(02)
本文编号：3084250
【文章来源】：核动力工程. 2016,37(06)北大核心
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
实验系统回路图
hematicDiagramofExperimentLoop10000fps。为避免光线折射引起拍摄的气泡图像变形失真，拍摄位置方向尽量垂直于管壁。文丘里管气泡发生器的入口、喉部和出口均有测压点，当地表压采用0.05级精度的压力传感器测量。水流量由0.5级精度的涡轮流量传感器测量，气体流量计精度等级为1级。空气流量、水流量、文丘里管进出口及喉部压力等参数由美国国家仪器公司（NI）数据采集系统采集，并存入计算机中。高速视频数据由软件PFVVer.3.25和Image-ProPlus6.0进行分析和处理。1.2实验元件试验测试的文丘里管气泡发生器结构如图2所示。气泡发生器主要由渐缩段、喉部和渐扩段3部分组成。设计参数：入口段直径50mm；收缩角为22.5°，扩张角为7.5°；喉部直径25mm，长50mm。另外，为了均匀向发生器内注气，喉部设计了一注气环腔，注气环腔内壁均匀分布15个直径为1mm的注气孔。设计水流量为15～20m3/h，对应喉部水流速范围约为8.5～11.2m/s。空气流量为0.6～0.7L/min。图2文丘里管气泡发生器结构图Fig.2StructureofaVenturi-TypeBubbleGenerator2实验结果分析2.1实验分析方法在进行视频数据分析时，为了测量方便，选取扩张段入口处为基准面，选取喉部直径为标尺（喉部直径为25mm）。由于气泡形状通常不规则，以气泡的最大宽度及最大高度作辅助长方形，认为辅助长方形的中心近似为气泡的质心，气泡质心及基准线的选取如图3所示。通过量取单个气泡每0.1ms上升的距离，便可以得到气泡上升的速度，如图4所示。由于时间间隔足够小，可近似认为在每一个0.1ms内气泡为匀速运动，则某一时刻的瞬时速度可以近似为：1ΔiiHHVt(i=1,2,3)（1）
莫政宇等：低含气率条件下文丘里管气泡发生器内气泡碎裂过程研究43式中，Hi为第i帧图像气泡距离基准线的高度；图3基准线选取及气泡中心位置确定Fig.3SelectionofBaselineAndDeterminationofi1H为第i+1帧图像里该气泡距离基准体的高度；Δt为连续两帧图像的时间间隔，为0.1ms；Ｖ为气泡运动速度，m/s。为了减小测量引起的误差，选取30个典型且清晰的气泡按上述方法量取计算。2.2气泡的碎化过程气泡从喉部流出直至完全碎化，整个过程存在2个明显的不同阶段。气泡在从喉部流出以后，在减速过程中不断发生变形，然后发生分裂或者局部发生破碎，有微小气泡从大气泡的局部位置剥离出来。随后，发生分裂的气泡迅速发生破碎，碎化为大量的微小气泡。图5为典型气泡从喉部流出后，经历减速、分裂和完全碎化的过程，可以明显看出气泡分裂和碎化2个典型阶段。将气泡从拍摄的图片底部出现在影像中的时刻设为0ms，气泡上升过程存在明显的减速过程，当水流量为20m3/h时（喉部水流速度约11m/s），气泡由喉部注入后，先以略小于主流的速度8m/s左右上升进入扩张段，气泡运动速度迅速降至3.5m/s左右，直至气泡破碎。虽然渐扩段主流的速度也会逐渐降低，但降低的幅度很小，只是从11m/s降到9m/s左右；所以气泡与周围的水流之间的速度差迅速加大，破碎几乎就发生在气泡速度最小的位置。因此，气泡破碎的原因和气泡的减速过程存在很大关系，这一点和一般直管内的气泡在紊流作用下破碎过程不同，也是理解文丘里式气泡发生装置内气泡碎化作用机制的关键。气泡运动速度的迅速降低，除了流通面积增加、主流速度降低导致的静压升高的原因之外，还应该存在其他因素，需要进一步深入研究。2.3气泡的变形过程气泡在进入渐扩段之前都保?
【参考文献】：
期刊论文
[1]Optimization of cavitation venturi tube design for pico and nano bubbles generation[J]. Xiong Yu,Peng Felicia. International Journal of Mining Science and Technology. 2015(04)
[2]文丘里式气泡发生器工作特性分析[J]. 居晓峰,孙立成,唐文偲,运红宇,阎昌琪. 核技术. 2014(12)
[3]不同结构空化气泡发生器的试验研究[J]. 田野,杨润全,王怀法. 煤炭技术. 2014(06)
[4]文丘里式气泡发生器气泡碎化特性研究[J]. 唐文偲,阎昌琪,孙立成,刘卫,李华. 原子能科学技术. 2014(05)
[5]文丘里管反应器空化泡的动力学特性[J]. 沈壮志,柳楠. 陕西师范大学学报(自然科学版). 2012(01)
[6]Dynamic behaviors of cavitation bubble for the steady cavitating flow[J]. Jun CAI,Xiulan HUAI and Xunfeng LIInstitute of Engineering Thermophysics,Chinese Academy of Sciences,P.O.Box 2706,Beijing 100190,China Professor. Journal of Thermal Science. 2009(04)
[7]气泡发生器结构性能的研究与进展[J]. 桂夏辉,刘炯天,曹亦俊,丁起鹏. 选煤技术. 2009(02)
[8]文丘里管空化器内空泡动力学特性的数值模拟[J]. 付勇,张晓冬. 化学工程与装备. 2007(02)
本文编号：3084250
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