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。     

厌氧发酵液中气泡生成特性的数值研究

为了探究带有屈服应力性质的厌氧发酵液中的气泡生成特性,采用VOF法对带有屈服应力性质的厌氧发酵液中的气泡生成过程进行了数值研究。研究发现:带有屈服应力性质的厌氧发酵液中的气泡生成过程可分为膨胀阶段和脱离阶段。在气泡膨胀阶段,气泡中心的起始纵向速度较大,然后速度下降,并维持在一个较小的速度下膨胀;此时,气泡周围的流体主要沿气泡的外法线方向流动,使气泡加速膨胀,直至膨胀成球状。在气泡脱离阶段,气泡的侧端产生了对称的左右漩涡,促使其顶部继续向外扩张,纵向速度有较明显的增加;同时,气泡的"长颈"开始加速生成,最后与喷嘴脱离。在气泡的生成过程中,屈服区域逐渐变大。对于不同的屈服应力的流体而言,气泡的纵横比随着屈服应力的增大而减小,其生成时间随着屈服应力的增加而增加。文章的研究结果将有助于禽畜粪便厌氧发酵过程的优化设计。