非牛顿流体中平行双气泡行为及流场特性

论文摘要

非牛顿流体气液两相流广泛存在于诸如化工、生化、环保、食品、冶金及高分子聚合等工业领域。受非牛顿流体复杂的流变性质影响,气泡行为及其周围流场更加复杂,因此研究非牛顿流体中气泡生成及上升行为具有重要意义。采用平行气泡生成装置和激光影像技术对非牛顿流体中双气泡的生成过程进行了实验研究。生成过程可分为两个阶段:第一个阶段,主要受气液特性的影响,气泡成球形;第二个阶段,气液特性和动力学性质共同影响,气泡颈部被拉长。溶液浓度影响液体特性,气体流率和喷嘴直径影响体系动力学性质,喷嘴距离和无因次生成滞后时间影响速度场的分布,进而影响气泡的生成过程。采用粒子影像测速仪(PIV)对双气泡上升过程进行了实验研究。结果表明:喷嘴距离较近时,两个气泡相互排斥;当喷嘴距离增大到一定时,两气泡先吸引后排斥;随喷嘴距离变远,相互作用减小直至消失。实验条件下,喷嘴距离越近,气泡分离体积越小,其周围流场分布越不对称。平行气泡的聚并过程可分为两个阶段:第一阶段,受气液特性、动力学特性和操作条件影响,两个气泡逐渐互相靠拢;第二阶段,受气液界面性质和结构影响,两个气泡互相接触,气泡间膜层破裂并逐渐合并为一个新的气泡。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 前言
• 第二章 文献综述
• 2.1 非牛顿流体简介
• 2.1.1 牛顿流体
• 2.1.2 非牛顿流体
• 2.2 非牛顿流体性质
• 2.2.1 黏度性质
• 2.2.2 非牛顿流体的流变性质
• 2.3 非牛顿流体中气泡的行为
• 2.3.1 气泡的生成
• 2.3.2 气泡上升过程中的相互作用及聚并
• 2.4 气泡的破裂
• 2.5 气泡生成和上升流场的测定
• 2.5.1 热线风速仪
• 2.5.2 激光多普勒测速仪
• 2.5.3 粒子影像测速仪
• 2.5.4 分子标记测速仪
• 2.5.5 三维粒子示踪测速仪
• 2.6 本章小结
• 第三章 非牛顿流体中气泡生成实验装置
• 3.1 气泡生成装置
• 3.2 激光成像装置
• 3.3 图像采集和处理装置
• 3.4 实验药品及溶液的制备
• 3.4.1 实验药品
• 3.4.2 溶液配制
• 3.5 实验步骤
• 第四章 非牛顿流体中平行双气泡的生成
• 4.1 密度的测定
• 4.2 气泡图像处理
• 4.3 实验条件
• 4.4 结果与讨论
• 4.4.1 溶液浓度对气泡分离体积的影响
• 4.4.2 喷嘴直径对气泡分离体积的影响
• 3.4.3 喷嘴的距离对气泡分离体积的影响
• 4.5 平行气泡生成过程中的形状对比
• 4.5.1 液体特性对气泡形状的影响
• 4.6 双喷嘴非平行气泡生成的探讨
• 4.7 本章小结
• 第五章 非牛顿流体中平行气泡的上升
• 5.1 PIV 测量技术
• 5.1.1 原理
• 5.1.2 PIV 系统的组成
• 5.1.2.1 光路系统
• 5.1.2.2 图像采集预处理系统
• 5.1.2.3 计算机控制系统
• 5.2 实验操作过程
• 5.2.1 实验装置
• 5.2.2 实验步骤
• 5.3 实验条件
• 5.4 溶液流变性质
• 5.5 结果与讨论
• 5.5.1 浓度对气泡周围流场的影响
• 5.5.2 流率对气泡周围流场的影响
• 5.5.3 喷嘴直径对气泡周围流场的影响
• 5.5.4 喷嘴距离对气泡周围流场的影响
• 5.6 本章小结
• 第六章 非牛顿流体中双气泡的聚并
• 6.1 一些实验现象的说明
• 6.2 气泡聚并的流场
• 6.3 平行气泡的聚并
• 6.4 本章小结
• 第七章 结论
• 符号说明
• 参考文献
• 发表论文即参加科研情况说明
• 致谢