剪切稠化流体内气泡上浮运动特性
发布时间：2022-02-08 13:25
剪切稠化流体是一种典型的非牛顿流体,研究气泡在其中的运动特性对优化设备结构、提高反应效率具有重要意义。文中采用流体体积（VOF）法,通过改变Gallilei数（Ga）、E?tv?s数（Eo）与流变指数（n）,对牛顿流体（n=1）及剪切稠化流体（n>1）内气泡的形状、尾涡、终端速度和气泡周围液相黏度分布的变化进行了深入的数值研究。结果表明:气泡变形程度和尾涡尺寸随着Ga数或Eo数的增大而增加;剪切稠化效应会阻碍尾涡的形成,减小气泡的尾涡尺寸;气泡周围剪切速率的差异会导致气泡上方及尾部产生高黏度区域,该高黏度区域会随剪切稠化效应的增加而增大;气泡终端速度随Ga数的增大或流变指数n,Eo数的减小而增大。
【文章来源】：化学工程. 2019,47(11)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
计算区域Fig．1Calculationarea
?计算时间的变化曲线;图3给出了时间步长为0．00025s(Step1)、0．0005s(Step2)，0．001s(Step3)，0．002s(Step4)下气泡的中心高度。网格无关性验证时对应的物理参数分别为:Ga=12，Eo=200，n=1．2，μ0=0．12Pa·s，ρr=0．001，ρL=1000kg/m3，μr=0．01。根据陆敏杰和庞明军［14］所使用过的方法分别对相关参数进行量纲一化处理与网格体系选择，最终选用的是尺寸为0．2mm(Grid2)的网格体系与0．0005s(Step1)的时间步长进行数值计算。图23种网格下气泡中心高度与时间的关系Fig．2Ｒelationbetweenbubblecenterheightandtimeunderthreekindsofgrids图34种时间步长下气泡中心高度与时间的关系Fig．3Ｒelationbetweenbubblecenterheightandtimeunderfourtimesteps3．2结果准确性验证为了验证结果的准确性，将模拟得到的Ｒe数与Bhaga等［8］的实验结果进行对比。如表2所示，结果基本一致，两者相差不到10%。以上充分说明了此次模拟计算的结果是可靠的。表2模拟结果与实验数据的雷诺数Ｒe对比Table2ComparisonofsimulationresultswithＲeynoldsnumberofexperimentaldataEoGaＲe［8］(实验)Ｒe(本文)误差Δ/%24315．3237．778．4278．4633930．97218．318．190．664149．85230．328．2476．784模拟结果分析与讨论4．1气泡变形气泡的变形主要取决于表面张力和黏性力，两者虽然都能阻止气泡发生变形，但作用机理却各不相同。因此，分别对2种工况进行分析。如图4和图5所示，随着Eo数、Ga数的增大或流变指数n的减小，气泡由圆形逐渐变成椭球形，或由椭球形逐渐变成扁平，甚至逐渐出现裙边(如图4中n≤
p3)，0．002s(Step4)下气泡的中心高度。网格无关性验证时对应的物理参数分别为:Ga=12，Eo=200，n=1．2，μ0=0．12Pa·s，ρr=0．001，ρL=1000kg/m3，μr=0．01。根据陆敏杰和庞明军［14］所使用过的方法分别对相关参数进行量纲一化处理与网格体系选择，最终选用的是尺寸为0．2mm(Grid2)的网格体系与0．0005s(Step1)的时间步长进行数值计算。图23种网格下气泡中心高度与时间的关系Fig．2Ｒelationbetweenbubblecenterheightandtimeunderthreekindsofgrids图34种时间步长下气泡中心高度与时间的关系Fig．3Ｒelationbetweenbubblecenterheightandtimeunderfourtimesteps3．2结果准确性验证为了验证结果的准确性，将模拟得到的Ｒe数与Bhaga等［8］的实验结果进行对比。如表2所示，结果基本一致，两者相差不到10%。以上充分说明了此次模拟计算的结果是可靠的。表2模拟结果与实验数据的雷诺数Ｒe对比Table2ComparisonofsimulationresultswithＲeynoldsnumberofexperimentaldataEoGaＲe［8］(实验)Ｒe(本文)误差Δ/%24315．3237．778．4278．4633930．97218．318．190．664149．85230．328．2476．784模拟结果分析与讨论4．1气泡变形气泡的变形主要取决于表面张力和黏性力，两者虽然都能阻止气泡发生变形，但作用机理却各不相同。因此，分别对2种工况进行分析。如图4和图5所示，随着Eo数、Ga数的增大或流变指数n的减小，气泡由圆形逐渐变成椭球形，或由椭球形逐渐变成扁平，甚至逐渐出现裙边(如图4中n≤1．4、Eo≥200时，如图5中n≤1．4、Ga≥6时)。产生该现象的原因可解释如下:随着气泡的上浮，其顶部和底部压?
【参考文献】：
期刊论文
[1]静止幂律流体中气泡上升运动特性的数值研究[J]. 陆敏杰,庞明军. 工程热物理学报. 2018(11)
[2]非牛顿流体中单气泡生成的激光影像测量[J]. 范文元,姜韶堃,朱春英,马友光,李怀志. 光电子.激光. 2008(03)
硕士论文
[1]单孔气泡动力学行为的VOF数值模拟[D]. 马斗.天津大学 2009
本文编号：3615145
【文章来源】：化学工程. 2019,47(11)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
计算区域Fig．1Calculationarea
?计算时间的变化曲线;图3给出了时间步长为0．00025s(Step1)、0．0005s(Step2)，0．001s(Step3)，0．002s(Step4)下气泡的中心高度。网格无关性验证时对应的物理参数分别为:Ga=12，Eo=200，n=1．2，μ0=0．12Pa·s，ρr=0．001，ρL=1000kg/m3，μr=0．01。根据陆敏杰和庞明军［14］所使用过的方法分别对相关参数进行量纲一化处理与网格体系选择，最终选用的是尺寸为0．2mm(Grid2)的网格体系与0．0005s(Step1)的时间步长进行数值计算。图23种网格下气泡中心高度与时间的关系Fig．2Ｒelationbetweenbubblecenterheightandtimeunderthreekindsofgrids图34种时间步长下气泡中心高度与时间的关系Fig．3Ｒelationbetweenbubblecenterheightandtimeunderfourtimesteps3．2结果准确性验证为了验证结果的准确性，将模拟得到的Ｒe数与Bhaga等［8］的实验结果进行对比。如表2所示，结果基本一致，两者相差不到10%。以上充分说明了此次模拟计算的结果是可靠的。表2模拟结果与实验数据的雷诺数Ｒe对比Table2ComparisonofsimulationresultswithＲeynoldsnumberofexperimentaldataEoGaＲe［8］(实验)Ｒe(本文)误差Δ/%24315．3237．778．4278．4633930．97218．318．190．664149．85230．328．2476．784模拟结果分析与讨论4．1气泡变形气泡的变形主要取决于表面张力和黏性力，两者虽然都能阻止气泡发生变形，但作用机理却各不相同。因此，分别对2种工况进行分析。如图4和图5所示，随着Eo数、Ga数的增大或流变指数n的减小，气泡由圆形逐渐变成椭球形，或由椭球形逐渐变成扁平，甚至逐渐出现裙边(如图4中n≤
p3)，0．002s(Step4)下气泡的中心高度。网格无关性验证时对应的物理参数分别为:Ga=12，Eo=200，n=1．2，μ0=0．12Pa·s，ρr=0．001，ρL=1000kg/m3，μr=0．01。根据陆敏杰和庞明军［14］所使用过的方法分别对相关参数进行量纲一化处理与网格体系选择，最终选用的是尺寸为0．2mm(Grid2)的网格体系与0．0005s(Step1)的时间步长进行数值计算。图23种网格下气泡中心高度与时间的关系Fig．2Ｒelationbetweenbubblecenterheightandtimeunderthreekindsofgrids图34种时间步长下气泡中心高度与时间的关系Fig．3Ｒelationbetweenbubblecenterheightandtimeunderfourtimesteps3．2结果准确性验证为了验证结果的准确性，将模拟得到的Ｒe数与Bhaga等［8］的实验结果进行对比。如表2所示，结果基本一致，两者相差不到10%。以上充分说明了此次模拟计算的结果是可靠的。表2模拟结果与实验数据的雷诺数Ｒe对比Table2ComparisonofsimulationresultswithＲeynoldsnumberofexperimentaldataEoGaＲe［8］(实验)Ｒe(本文)误差Δ/%24315．3237．778．4278．4633930．97218．318．190．664149．85230．328．2476．784模拟结果分析与讨论4．1气泡变形气泡的变形主要取决于表面张力和黏性力，两者虽然都能阻止气泡发生变形，但作用机理却各不相同。因此，分别对2种工况进行分析。如图4和图5所示，随着Eo数、Ga数的增大或流变指数n的减小，气泡由圆形逐渐变成椭球形，或由椭球形逐渐变成扁平，甚至逐渐出现裙边(如图4中n≤1．4、Eo≥200时，如图5中n≤1．4、Ga≥6时)。产生该现象的原因可解释如下:随着气泡的上浮，其顶部和底部压?
【参考文献】：
期刊论文
[1]静止幂律流体中气泡上升运动特性的数值研究[J]. 陆敏杰,庞明军. 工程热物理学报. 2018(11)
[2]非牛顿流体中单气泡生成的激光影像测量[J]. 范文元,姜韶堃,朱春英,马友光,李怀志. 光电子.激光. 2008(03)
硕士论文
[1]单孔气泡动力学行为的VOF数值模拟[D]. 马斗.天津大学 2009
本文编号：3615145
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/lxlw/3615145.html
