微气泡生成技术的试验研究

论文摘要

微气泡已经被人们广泛的应用在动力、化工、采矿、石油等领域,在石油工业中,由于重、渣油的粘度大,燃烧不完全,造成能源的极大浪费。所以,研究者们想到了将微气泡注入到重、渣油中,这样便可形成巨大数目的气泡,从而增加了液体燃料的燃烧面积,提高了燃烧效率。本文首先从理论上对气泡的生成、气泡在液体中的行为、气泡发生器的结构进行分析,得到了能够表达气泡发生器内部压力、流量和几何尺寸之间关系,并反映其内部能量变化的气泡发生器的基本性能方程。在理论的指导下,设计了两种气泡发生器,并通过试验对比了两种不同结构的气泡发生器的性能。在试验中,气体介质采用压缩空气,液体介质采用水,主要是通过改变气泡发生器的结构和操作参数(气体压力、液体压力、气体流量、液体流量等),对混合腔内气液混合现象、气泡流以及各因素对生成气泡尺寸的影响进行了大量的试验。采用数字高速摄像仪对不同工况下的气泡流场进行观测,并利用与之相配合使用的软件进行分析、处理。试验中气体压力和液体压力在0.1MPa～0.5MPa之间变化,属小流量操作工况。对试验结果分析发现:气孔直径、进气方式、混合腔结构、出口位置以及操作参数对气泡的尺寸都有影响。在小流量下,气孔的大小对气泡尺寸的影响比较显著,其中进气方式也是重要的影响因素。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 研究内容
• 1.3 研究现状
• 1.3.1 气液两相流
• 1.3.2 微气泡生成理论
• 1.3.3 微气泡生成技术
• 1.3.4 气泡尺寸及测量方法
• 1.3.5 气泡发生器综述
• 1.4 研究方法及技术路线
• 第二章 微气泡生成原理与发生装置
• 2.1 气泡在液体中的形成及运动规律
• 2.1.1 气泡在液体中的形成
• 2.1.2 气泡的一般运动规律
• 2.2 气泡动力学理论
• 2.2.1 单气泡的形成
• 2.2.2 密集气泡
• 2.3 流体中气泡的行为
• 2.4 微气泡发生装置
• 2.4.1 气泡发生器的工作原理
• 2.4.2 气泡发生器的结构尺寸
• 2.5 小结
• 第三章 气泡发生器的设计
• 3.1 气泡发生器理论分析
• 3.1.1 气泡发生器设计原理及基本性能方程
• 3.1.2 结构参数对气泡发生器性能的影响
• 3.2 气泡发生器的设计方法
• 3.3 气泡发生器的结构分析
• 3.3.1 气泡发生器的结构
• 3.3.2 本文采用的气泡发生器的工作原理
• 3.4 小结
• 第四章 试验装置及试验方法
• 4.1 试验系统的设计
• 4.1.1 液、气源的设计
• 4.1.2 管路系统设计
• 4.1.3 压力、流量测量系统
• 4.1.4 图像采集系统
• 4.2 高速摄像法的原理
• 4.3 数字图像处理技术概述
• 4.4 运动气泡图像处理技术
• 4.5 图像处理
• 4.5.1 图像预处理
• 4.5.2 图像的二值化
• 4.6 本文采用的微气泡生成技术
• 第五章 试验数据处理及分析
• 5.1 试验过程分析
• 5.2 气泡流场的数学描述
• 5.3 试验操作中应注意的事项
• 5.4 试验数据处理及结论
• 5.4.1 试验结果
• 5.4.2 试验结论
• 5.5 气泡尺寸分析
• 5.6 气泡几何尺寸的分布
• 5.7 气泡运动速度分析
• 5.8 小结
• 结论
• 总结
• 展望
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士学位期间取得的学术成果
• 致谢