匀强电场作用下气泡的上升行为特性研究
发布时间：2021-04-16 04:32
浮力驱动气泡上升现象广泛存在于现代工业生产过程中,对液体中气泡的上升行为特性及规律的认识极为重要。已有研究表明,在液气多相流体系中引入电场能够有效地控制气泡的变形及运动,从而改善气泡在液体中的上升特性和流动状态。目前已有大量文献报道了非电场作用下的气泡动力学,而电场对气泡行为特性的影响尚未完全掌握,仍需深入研究。本文采用数值计算方法,模拟了匀强电场作用下气泡在静止液体中的上升过程,系统地分析了电场作用对单个气泡行为特性以及同轴气泡聚并行为的影响规律。论文相关成果为电流体动力学（EHD）中气液两相流的深入研究以及相关工业设备的研发奠定了理论基础。主要研究工作如下:建立了匀强电场作用下气泡在液体中上升的二维数值模型,基于水平集方法捕捉相界面的拓扑变化。选取气泡形态和终端速度为表征参数,通过与前人理论、实验及数值计算结果进行对比,验证了模型的可靠性与准确性。通过该数值方法模拟了匀强电场作用下气泡的上升变形过程,对气泡形态、上升速度以及速度场分布进行了分析,进一步探究了电毛细管数（CaE）以及介电常数比（ε*）对气泡行为的影响规律。结果表明:电场作用...
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
实验观察到的液体中上升气泡形状的状态图[16]
匀强电场作用下气泡的上升行为特性研究10第二章数值模型与方法数值模型的准确建立是数值模拟顺利进行的基矗本章基于水平集方法建立电场作用下气泡在粘性液体中上升的数值模型，并介绍了模型建立的各项参数及条件的设定、网格的划分以及无关性验证，研究电场作用下气泡的变形、运动及聚并过程。此外，通过对前人实验、数值及理论结果的计算与对比分析，验证了当前模型的可行性，精确度及适用范围。2.1物理模型图2.1匀强电场下单气泡运动的模型示意图Fig.2.1Modeldiagramofsinglebubblemotionunderuniformelectricfield图2.2匀强电场下同轴气泡聚并的模型示意图Fig.2.2Modeldiagramofcoaxialbubblepaircoalescenceunderuniformelectricfield用于电场作用下单气泡上升过程数值计算的二维模型如图2.1所示，其中阴影部分为分散相（气相），其余部分为连续相（液相）。气泡位于高为H，宽为W的矩形计算域中心线上，上下边界设定为平行板电极，从而在流体中引入纵向匀强电常气泡从其中心点距离底边h=3R处开始释放，初始半径为R，初始形状假设为球形。一般情况下，当计算域的宽度远大于气泡的半径时可以忽略计算域
匀强电场作用下气泡的上升行为特性研究10第二章数值模型与方法数值模型的准确建立是数值模拟顺利进行的基矗本章基于水平集方法建立电场作用下气泡在粘性液体中上升的数值模型，并介绍了模型建立的各项参数及条件的设定、网格的划分以及无关性验证，研究电场作用下气泡的变形、运动及聚并过程。此外，通过对前人实验、数值及理论结果的计算与对比分析，验证了当前模型的可行性，精确度及适用范围。2.1物理模型图2.1匀强电场下单气泡运动的模型示意图Fig.2.1Modeldiagramofsinglebubblemotionunderuniformelectricfield图2.2匀强电场下同轴气泡聚并的模型示意图Fig.2.2Modeldiagramofcoaxialbubblepaircoalescenceunderuniformelectricfield用于电场作用下单气泡上升过程数值计算的二维模型如图2.1所示，其中阴影部分为分散相（气相），其余部分为连续相（液相）。气泡位于高为H，宽为W的矩形计算域中心线上，上下边界设定为平行板电极，从而在流体中引入纵向匀强电常气泡从其中心点距离底边h=3R处开始释放，初始半径为R，初始形状假设为球形。一般情况下，当计算域的宽度远大于气泡的半径时可以忽略计算域
【参考文献】：
期刊论文
[1]壁面约束对裙带气泡动力学的影响[J]. 张洋,陈科,尤云祥,任伟. 力学学报. 2017(05)
[2]Interactions between two in-line drops rising in pure glycerin[J]. Li Rao,Zhengming Gao,Ziqi Cai,Yuyun Bao. Chinese Journal of Chemical Engineering. 2016(10)
[3]基于CLSVOF方法的三维单个上升气泡运动的数值模拟[J]. 廖斌,陈善群. 水动力学研究与进展A辑. 2012(03)
[4]VISCOSITY EFFECTS ON THE BEHAVIOR OF A RISING BUBBLE[J]. WANG Han Department of Mechanics and Engineering Science,Fudan University,Shanghai 200433,China ZHANG Zhen-yu Department of Mathematics,Shanghai University of Finance and Economics,Shanghai 200433,China YANG Yong-ming,ZHANG Hui-sheng Department of Mechanics and Engineering Science,Fudan University,Shanghai 200433,China. Journal of Hydrodynamics. 2010(01)
[5]电场作用下气泡内外的速度场分析[J]. 陈凤,宋耀祖,陈民. 热科学与技术. 2006(02)
[6]电场作用下的气泡受力分析[J]. 陈凤,宋耀祖,陈民. 工程热物理学报. 2005(S1)
本文编号：3140747
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
实验观察到的液体中上升气泡形状的状态图[16]
匀强电场作用下气泡的上升行为特性研究10第二章数值模型与方法数值模型的准确建立是数值模拟顺利进行的基矗本章基于水平集方法建立电场作用下气泡在粘性液体中上升的数值模型，并介绍了模型建立的各项参数及条件的设定、网格的划分以及无关性验证，研究电场作用下气泡的变形、运动及聚并过程。此外，通过对前人实验、数值及理论结果的计算与对比分析，验证了当前模型的可行性，精确度及适用范围。2.1物理模型图2.1匀强电场下单气泡运动的模型示意图Fig.2.1Modeldiagramofsinglebubblemotionunderuniformelectricfield图2.2匀强电场下同轴气泡聚并的模型示意图Fig.2.2Modeldiagramofcoaxialbubblepaircoalescenceunderuniformelectricfield用于电场作用下单气泡上升过程数值计算的二维模型如图2.1所示，其中阴影部分为分散相（气相），其余部分为连续相（液相）。气泡位于高为H，宽为W的矩形计算域中心线上，上下边界设定为平行板电极，从而在流体中引入纵向匀强电常气泡从其中心点距离底边h=3R处开始释放，初始半径为R，初始形状假设为球形。一般情况下，当计算域的宽度远大于气泡的半径时可以忽略计算域
匀强电场作用下气泡的上升行为特性研究10第二章数值模型与方法数值模型的准确建立是数值模拟顺利进行的基矗本章基于水平集方法建立电场作用下气泡在粘性液体中上升的数值模型，并介绍了模型建立的各项参数及条件的设定、网格的划分以及无关性验证，研究电场作用下气泡的变形、运动及聚并过程。此外，通过对前人实验、数值及理论结果的计算与对比分析，验证了当前模型的可行性，精确度及适用范围。2.1物理模型图2.1匀强电场下单气泡运动的模型示意图Fig.2.1Modeldiagramofsinglebubblemotionunderuniformelectricfield图2.2匀强电场下同轴气泡聚并的模型示意图Fig.2.2Modeldiagramofcoaxialbubblepaircoalescenceunderuniformelectricfield用于电场作用下单气泡上升过程数值计算的二维模型如图2.1所示，其中阴影部分为分散相（气相），其余部分为连续相（液相）。气泡位于高为H，宽为W的矩形计算域中心线上，上下边界设定为平行板电极，从而在流体中引入纵向匀强电常气泡从其中心点距离底边h=3R处开始释放，初始半径为R，初始形状假设为球形。一般情况下，当计算域的宽度远大于气泡的半径时可以忽略计算域
【参考文献】：
期刊论文
[1]壁面约束对裙带气泡动力学的影响[J]. 张洋,陈科,尤云祥,任伟. 力学学报. 2017(05)
[2]Interactions between two in-line drops rising in pure glycerin[J]. Li Rao,Zhengming Gao,Ziqi Cai,Yuyun Bao. Chinese Journal of Chemical Engineering. 2016(10)
[3]基于CLSVOF方法的三维单个上升气泡运动的数值模拟[J]. 廖斌,陈善群. 水动力学研究与进展A辑. 2012(03)
[4]VISCOSITY EFFECTS ON THE BEHAVIOR OF A RISING BUBBLE[J]. WANG Han Department of Mechanics and Engineering Science,Fudan University,Shanghai 200433,China ZHANG Zhen-yu Department of Mathematics,Shanghai University of Finance and Economics,Shanghai 200433,China YANG Yong-ming,ZHANG Hui-sheng Department of Mechanics and Engineering Science,Fudan University,Shanghai 200433,China. Journal of Hydrodynamics. 2010(01)
[5]电场作用下气泡内外的速度场分析[J]. 陈凤,宋耀祖,陈民. 热科学与技术. 2006(02)
[6]电场作用下的气泡受力分析[J]. 陈凤,宋耀祖,陈民. 工程热物理学报. 2005(S1)
本文编号：3140747
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/lxlw/3140747.html
