气泡的ζ电位

对气泡ζ电位的测量方法以及纯水中、表面活性剂体系中、电解质体系中气泡ζ电位的测量结果进行综述。研究表明,气泡在纯水中的等电点处于pH 1.5~3.5之间。阴、阳离子型表面活性剂会改变气泡表面的ζ电位,非离子型表面活性剂对ζ电位的影响与其结构和基团有关,当浓度达到临界胶束浓度时,ζ电位不再发生变化。无机电解质对ζ电位的影响与离子在溶液中的存在形式及吸附状态有关,pH对ζ电位的影响主要是通过影响H＋和OH-的吸附量以及溶液中表面活性剂和无机电解质的存在形式来实现。     

气泡的ζ电位

对气泡ζ电位的测量方法以及纯水中、表面活性剂体系中、电解质体系中气泡ζ电位的测量结果进行综述。研究表明,气泡在纯水中的等电点处于pH 1.5~3.5之间。阴、阳离子型表面活性剂会改变气泡表面的ζ电位,非离子型表面活性剂对ζ电位的影响与其结构和基团有关,当浓度达到临界胶束浓度时,ζ电位不再发生变化。无机电解质对ζ电位的影响与离子在溶液中的存在形式及吸附状态有关,pH对ζ电位的影响主要是通过影响H+和OH-的吸附量以及溶液中表面活性剂和无机电解质的存在形式来实现。     

R134a/R23-DMF溶液气泡泵输送性能实验

搭建了气泡泵输送性能实验装置,对提升管管径为6、8、12 mm的气泡泵输送不同R134a/R23-DMF浓度溶液的性能进行实验研究。结果表明,在相同制冷剂浓度情况下,三种管径气泡泵的气相流量随着输入功率的增加均呈线性增加趋势,液气比随着气相流量的增加均呈现反向趋势,发生温度随着输入功率增加而线性升高,而输入功率对于系统压力的影响较小。在不同制冷剂浓度情况下,R134a/R23浓度对液气比的影响不明显,但对系统压力影响很大,R134a/R23浓度的增加使得发生温度有微小的升高。8 mm管径气泡泵液气比和稀溶液流量变化幅度居中,而气相流量变化范围最宽,发生温度最低,比较适合用于扩散吸收制冷系统。这些实验结果对扩散吸收制冷系统的气泡泵设计具有重要参考价值。     

静止非牛顿流体中气泡生成过程的传质

气泡生成过程中气液传质是气液接触设备的设计、优化的重要参考指标。以二氧化碳气泡在羧甲基纤维素钠(carboxymethyl cellulose,CMC)溶液中生成过程中的传质为研究对象,分别考察了气速、CMC溶液浓度、针头直径对气泡生成过程气液传质的影响,采用具有CCD显微相机的动态接触角分析仪测量了气泡形状、表面积和体积的变化,进而获得气泡生成过程气液传质系数k_l。实验结果表明,CMC浓度从0.2%增加到0.8%,黏度逐渐增大,传质系数随CMC浓度的增大而增大;针头直径从2.5 mm增加到4 mm,传质系数也随之增大;气速从1 ml·min^-1增加到9 ml·min^-1,传质系数也逐渐增大。     

空气纳米气泡的稳定性及理化特性

空气纳米气泡（Air-NBs）的理化特性是其广泛应用的基础。本文利用纳米粒度-zeta电位分析仪研究了水力空化原理产生的Air-NBs的理化特性,即粒径分布和zeta电位,考察了装置运行压力、电解质浓度、pH和温度对Air-NBs理化特性的影响;同时考察了去离子水和CaCl₂溶液中Air-NBs稳定性。结果表明：纳米气泡发生器的压力越大,其产生的Air-NBs的小粒径比例更大,且电解质的加入有助于气泡粒径的缩小。随着溶液中电解质浓度、pH和温度的升高,溶液中Air-NBs的平均粒径逐渐减小,但气泡间的聚结作用会导致其粒径随时间逐渐增大;通过对两种溶液中Air-NBs粒径的实时监测发现其能在溶液中存在5天之久。胶体稳定（DLVO）理论和zeta电位效应可以合理阐释溶液中Air-NBs的稳定性。     

泡载分离器的研究——高压溶气水减压释气过程

本文研究了用于泡载分离过程、由高压饱和溶气水减压产生微小气泡过程的流体力学特性。实验采用CO_2-H_2O体系,考察了0.1～0.3MPa压力(表压)下,饱和CO_2水溶液通过三个不同长径比的喷嘴,减压产生的气体流量、气泡直径以及溶液中气泡浓度的变化规律,并对这些规律作了理论分析和经验关联。     

真空条件下浓度对LiCl溶液沸腾特性的影响

沸腾换热是一种高效的换热方式,为研究除湿溶液再生的沸腾换热过程,搭建真空再生沸腾特性测试实验台,对水和质量分数分别为30%、32%、34%的LiCl溶液进行实验研究,得到溶液浓度对溶液沸腾热流密度及沸腾表面传热系数的影响。结果表明,浓度升高,表面张力增大,汽化核心数减少;黏度增大,气泡脱离困难,使扰动量减少,溶液的热流密度降低;随着浓度的增大,表面张力增大,气泡生成及脱离阻力增大,对LiCl溶液的扰动程度降低,使溶液的沸腾传热系数减小。温差增大使壁面过热度增大,气泡生成增多,加强对溶液的扰动,使溶液的热流密度及沸腾传热系数增大。     

单个运动气泡近界面浓度场的研究

对单个气泡传质的近界面浓度场影响因素进行了实验和理论研究．实时激光全息干涉法测量结果表明,运动气泡近界面浓度是一个定态值,受流速、泡径、温度等因素影响显著;假设该传质过程达到局部平衡,进行热力学分析,得到的结论与实验结果一致．在实验测量结果的基础上,对单个O_2气泡在乙醇中吸收时的传质近界面浓度场进行了数值模拟,取得了良好的结果．     

激光成像技术在气泡生成行为研究中的应用

针对液相中单喷嘴的气泡生成过程,采用激光成像技术结合电荷耦合器件(Charge Coupling Device, CCD)摄像机照相方法研究了甘油水溶液中的气泡生成行为,结果表明该法能够获得清晰的二维气泡放大图像. 考察了溶液浓度、气室体积、喷嘴直径和气体流量对气泡分离体积的影响,发现气泡分离体积分别随着溶液浓度和气室体积的增大而增大;在所研究的喷嘴直径(1, 1.5和2 mm)范围内,气泡分离体积随着喷嘴直径的增大而减小;气体流量对气泡分离体积的影响与喷嘴直径有关,当喷嘴直径为1和1.5 mm时,气泡分离体积随着气体流量的升高而增大,但当喷嘴直径为2 mm时,气泡分离体积随着气体流量的升高先减小后增大.     

四传感器光纤探针测量气泡速度矢量模型

光纤传感器作为纤维光学领域中的新技术,在两相流动局部参数测量中得到了越来越广泛的应用。在假设气泡对称面垂直于气泡运动方向的基础上,对四传感器探针测量局部瞬时气泡速度的数学原理进行了详细推导,给出了新的计算气泡速度矢量的方法和模型,并运用自制的四传感器光纤探针,对气液两相流动中的气泡运动速度和方向进行了测量。实验中通过探针方法测得气相流速相对于流量计测量值的平均偏差为9%,表明新的探针测量方法精度较高,能够用于两相流中气泡速度矢量测量。进一步的实验研究表明,不同流动条件下,局部空泡份额及界面面积浓度(IAC)沿通道径向呈“壁峰型”或“核峰型”的分布规律。     

受限空间内浮升气泡与液体间传质行为实验研究

采用紫外诱导荧光(UIF)实验方法,研究Hele-Shaw狭缝受限尺度对受限空间内浮升气泡流体力学与气液传质行为的影响。实验中以二苯并[b,e]吡啶作为荧光剂实现了受限空间内CO₂溶液浓度分布及其气泡运动速度的定量测量,获得了CO₂在受限空间内运动过程中的传质量和气泡动力学参数,并分别计算气泡受限空间内液膜区和自由接触区的传质速率。分析得到受限空间中不同狭缝宽度内CO₂的传质行为,分析了受限尺度对CO₂-水体系传质过程的影响。     

受限空间内浮升气泡与液体间传质行为实验研究

采用紫外诱导荧光(UIF)实验方法,研究Hele-Shaw狭缝受限尺度对受限空间内浮升气泡流体力学与气液传质行为的影响。实验中以二苯并[b,e]吡啶作为荧光剂实现了受限空间内CO₂溶液浓度分布及其气泡运动速度的定量测量,获得了CO₂在受限空间内运动过程中的传质量和气泡动力学参数,并分别计算气泡受限空间内液膜区和自由接触区的传质速率。分析得到受限空间中不同狭缝宽度内CO₂的传质行为,分析了受限尺度对CO₂-水体系传质过程的影响。     

黏弹性流体中单气泡上升速度的研究

为了揭示黏弹性流体中单气泡的运动规律,采用高速摄像技术对聚丙烯酰胺(PAA)溶液中单气泡的运动行为进行了研究。通过Matlab 10.0利用自编程序得到了气泡的上升速度,考察了溶液流变性质和表面活性剂对气泡上升速度的影响。结果表明:气泡的上升速度随体积的增大而增大,并发生速度跃迁现象,发生跃迁时的临界体积随溶液黏弹性的增大而减小,随表面活性剂浓度的增大而增大。气泡形状的变化与速度跃迁相关,当气泡体积低于临界体积时,气泡的形状为球形或椭球型,当气泡体积高于临界体积时,气泡出现了尖端尾部,且尖端尾部两侧界面向气泡内部凹进。提出了预测气泡速度跃迁的临界条件,预测值与实验值重现性较好。     

纳米气泡对有机溶液表观黏度的影响研究

为了研究纳米气泡(NB)对有机溶液表观黏度的影响，利用无机陶瓷膜在溶液中产生纳米气泡后监测溶液的表观黏度变化，并利用计算流体动力学(CFD)模拟计算溶液内鼓入纳米气泡后表观黏度的变化情况以验证实验结果。实验结果表明：0.3 MPa压力下，纳米气泡的粒径分布在125～425 nm范围内，且液面纳米气泡的存在使水的平均表面张力从72.0减小至68.1 mN·m^-1。此外，经30 min鼓泡处理后，水、牛血清白蛋白(BSA)和海藻酸钠(SA)溶液的表观黏度分别从1.07、1.3和2.27 mPa·s减小至1.01、1.24和2.21 mPa·s,且随着纳米气泡浓度的增大，溶液的表观黏度持续降低。采用计算流体动力学种群耦合模型(CFD-PBM)模拟计算后溶液表观黏度的变化趋势与实验结果相一致，证实了纳米气泡在降低溶液表观黏度方面的效用。     

添加表面活性剂对微泡洗净的影响

探讨了表面活性剂种类、浓度对微泡洗净力的影响,以及此时的气泡行为。结果表明,表面活性剂种类对洗净力无影响,而随着其浓度的增加,气泡直径变小,提高了微泡洗净效果。添加表面活性剂能够提高气泡稳定性。但在高浓度表面活性剂溶液中,虽然提高了污垢的洗净性,却降低了微泡的洗净效果,添加浓度为临界胶束浓度1/20~1/6的阴离子表面活性剂或非离子表面活性剂,能够有效利用微泡洗净。     

基于自润湿溶液的纳米表面传热性能

采用阳极氧化法在钛板表面制备出TiO₂纳米管阵列,并以其为加热表面。以含不同浓度丁醇的自润湿溶液为实验工质,考察了自润湿溶液浓度变化对系统临界热流密度和传热系数的影响,并从气泡行为的不同分析了两者耦合强化传热的机理。结果表明：相比于光滑表面和蒸馏水的常规组合,TiO₂纳米管表面和自润湿溶液耦合传热使得系统的临界热流密度大幅度提高,随自润湿溶液浓度的升高,传热系数依次降低。具有超亲水性和较大粗糙度的纳米管表面与1%（质量分数,下同）自润湿性溶液相耦合时,其最大传热系数和临界热流密度分别为11.963 kW·m^-2·℃^-1与623.706 kW·m^-2,比常规组合传热分别提高了84.1%和143.8%。由气泡可视化可知,耦合传热在沸腾过程中产生的气泡细小,脱离速度快,不易团聚,合并后的气泡易破碎,易形成微气泡,从而使系统进入剧烈的微气泡沸腾状态。气泡的高脱离频率和特殊有效的液体补充路径,是提高系统传热系数和临界热流密度的主要原因。     

浸没状态下的低压电润湿行为研究

对表面活性剂溶液中的浸没气泡/油滴在低压电场作用下的电润湿行为进行了实验研究。分析了活性剂对低压电润湿特性的影响，探讨了电场作用下浸没气泡/油滴形态的演变规律。实验结果表明，通过添加十二烷基三甲基溴化铵（DTAB）或十二烷基硫酸钠（SDS）活性剂，浸没气泡可在低压电场（0 ~ -6 V）作用下实现接触角减小与气泡滑移，并且增加活性剂浓度可以降低气泡滑移所需的电压。在0.05~0.10 临界胶束浓度（CMC）范围内，DTAB溶液中的浸没油滴呈现较好的电润湿特性，银表面在-3 V电压时即可实现水下超疏油特性（接触角θ<30°）。在电润湿过程中，气泡/油滴的接触角和接触直径随时间逐渐减小，并呈现“慢-快-慢”变化形式。此外，浸没油滴形态也受到离子活性剂在界面吸附带电引起的静电力的影响。     

Stern电势及电解质浓度对气泡稳定性的影响

气泡的稳定性取决于表面活性剂、电解质的种类以及它们的浓度等。根据DLVO理论,研究了低浓度十二烷基磺酸钠(SDS)在不同浓度NaCl作用下的表面电势和楔裂压。结果表明,十二烷基磺酸钠溶液中,随自身浓度和NaCl浓度增加,气泡表面双电层被压缩,Stern电势降低,界面张力下降,气泡液膜迅速降低,但气泡稳定性更好,这可能是因为随NaCl浓度增加疏水力减弱的结果。疏水力在表活剂浓度较低时比较大,随SDS浓度增大而降低,在SDS浓度较低时,离子强度是气泡液膜的决定性因素,因此气泡液膜厚度随SDS浓度变化不大。     

无机盐对SDS溶液表面张力的影响

通过最大气泡法表面张力的测定,研究了无机盐NaCk、CuCl2、ZnSO4、AICI,和Al2(SO4)3等对十二烷基硫酸钠(SDS)溶液表面张力的影响.结果表明:在一定浓度范围内,随着无机盐浓度的增大,SDS溶液的表面张力逐渐减小;相同浓度的不同无机盐,价态越高,对SDS溶液表面张力降低越明显,3种无机盐对SDS溶液表面张力影响程度依次为:NaCl＜ZnSO4＜Al2(SO4)3.     

铝酸钠溶液结构改变时的表面张力变化

采用最大气泡法测定铝酸钠和含硅铝酸钠溶液体系的表面张力，考察了溶液的摩尔比、温度、Al(III)的浓度及硅的加入对铝酸钠溶液表面张力的影响，并用拉曼光谱谱峰与结构的关系解释了表面张力的变化