倾斜通道内泡状流空泡份额分布特性

对窄矩形通道(3.25 mm×43 mm)和常规圆管(i.d.50 mm)内泡状流空泡份额分布特性进行了实验研究,探究倾斜对气泡和气液界面分布的影响。实验以空气和纯净水为工质,倾斜角度为5°、10°和15°。结果表明窄矩形通道内空泡份额主要呈壁峰型分布,未观察到核峰型分布;常规圆管内存在核峰型和壁峰型两种分布类型。倾斜对窄矩形通道和常规圆管内壁峰型分布影响相似,即随着倾斜角度的增加,靠近上壁面的峰值被加强,靠近下壁面的峰值被削弱直至消失。对于圆管内核峰型分布,倾斜导致中间宽峰向通道上部倾斜,且峰值随倾斜角度增加而增大。此外,竖直和倾斜条件下壁峰型分布的峰值较常规圆管更加接近通道中心位置。     

倾斜通道内泡状流空泡份额分布特性

对窄矩形通道（3.25 mm×43 mm）和常规圆管（i.d.50 mm）内泡状流空泡份额分布特性进行了实验研究,探究倾斜对气泡和气液界面分布的影响。实验以空气和纯净水为工质,倾斜角度为5°、10°和15°。结果表明窄矩形通道内空泡份额主要呈壁峰型分布,未观察到核峰型分布;常规圆管内存在核峰型和壁峰型两种分布类型。倾斜对窄矩形通道和常规圆管内壁峰型分布影响相似,即随着倾斜角度的增加,靠近上壁面的峰值被加强,靠近下壁面的峰值被削弱直至消失。对于圆管内核峰型分布,倾斜导致中间宽峰向通道上部倾斜,且峰值随倾斜角度增加而增大。此外,竖直和倾斜条件下壁峰型分布的峰值较常规圆管更加接近通道中心位置。     

矩形截面螺旋通道内弹状流的流动特性

对水平放置矩形截面螺旋通道内弹状流的流动特性进行了实验研究.通过实验获得了不同周角下的气弹演变过程和局部流动特征,结果表明,其流动特性会随着螺旋周角位置的变化而变化.根据实验数据分析发现,同一工况下,不同转角气弹的运动速度、频率和长度分布不尽相同.重力和离心力的相对大小决定着内外壁面液膜的厚度,给出了同一条件下,不同时刻的液膜厚度的演变过程.最后对下降液膜的运动速度展开了分析研究,在螺旋上升过程中,液膜下降速度逐渐减小,在螺旋下降段,液膜速度明显增大.     

捕捉微通道内Taylor流特性的一种渐变网格划分方法

提出了一种适用于捕捉通道内Taylor流液膜厚度的渐变网格划分方法。为了平衡模拟精度和计算效率,提出了针对此方法的具体规则来获得一种高效的网格划分。利用CFD软件Fluent进行了一系列的二维数值模拟,采用VOF模型来捕捉微通道内气液两相界面,所用微通道横截面宽度分别为0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.8和1.0mm。采用提出的网格划分方法获得的模拟结果与关联式计算值和实验数据很接近。基于模拟结果,提出了新的气液弹长度的关联式,并且利用实验数据对此关联式进行了验证。     

壁面润湿性对蛇形微通道内两相流流动特性影响的格子Boltzmann模拟

在90°Y形汇流的矩形截面蛇形微通道内,采用格子Boltzmann方法对不同接触角的蛇形微通道内气液两相流动进行了数值计算。首先以空气和水为工作流体对气液两相流动进行模拟研究并通过实验进行验证。验证模型合理性后,根据模拟计算结果,以气液相流速为坐标绘制了不同接触角下的流型图并分析其差异性及原因;同时深入研究了液相黏度和接触角对于弹状流流体力学性质的综合影响;比较了具有不同接触角壁面的蛇形微通道内两相流压降、摩擦因子、壁面摩擦系数和剪切应力的分布规律,并讨论了蛇形微通道内气液两相流动的影响因素。研究表明疏水壁面即接触角大于90°时,微通道内两相流压降、摩擦因子、壁面摩擦系数和剪切应力均低于亲水壁面微通道内相关参数,更利于流体流动。     

壁面润湿性对微通道内Taylor流动特性的影响

壁面润湿性不仅影响着Taylor气泡的形状,同时对通道内流体流动、相变换热等有着关键的作用。采用VOF模型对T型微通道内气液两相Taylor流动进行三维数值模拟,重点研究了接触角改变对Taylor气泡流体动力学特性的影响。模拟结果与他人实验数据对比基本吻合,验证了模型的有效性。结果表明：随着接触角增大,气泡周围液含量逐渐降低,相界面也由外凸形变为内凹形。壁面越接近润湿（或疏水）状态,气液接触面的曲率就越大;当120°≤θ≤150°时Taylor气泡稳定性变差。当θ≥150°时“拖曳流态”出现,分析指出在大接触角下气体更易贴附壁面导致接触区内流场发生变化,形成的涡流减弱了水对气相的水平剪切作用,进而引起流型转变。接触角对通道内压力有着重要影响,通道中心轴向压力曲线以θ=90°为过渡,润湿状态下呈凸函数递减且p _G>p _L,疏水状态下气液进口处的压力分配改变,曲线趋势相反。     

气体入口角度和截面宽高比对微通道内泰勒气泡行为的影响

微通道的几何参数对于气泡或者液滴在其中的形成过程有着显著的影响。采用流体体积法(VOF法)研究了不同气体入口角度以及不同通道截面宽高比对微通道内气液两相流流动状况的影响。在所研究的操作范围内,各个微通道内的两相流流型均为泰勒流,并且在大多数情况下气泡长度分布均匀。在通道截面宽高比为0.5～2条件下,60°的气体入口角度有利于产生较短的气泡;如果通道截面宽高比达到4或8时,45°的气体入口角度更有利于形成较短的气泡。此外,随着通道截面宽高比的增大,通道内气泡的量纲1长度也随之增大,气泡长度分布的均匀性也逐渐变差。当通道截面宽高比增大到8时气泡长度分布变得很不均匀。     

蛇形微通道气液两相流动特性

以空气、去离子水为实验工质,在θ=50°的Y型混合器内充分混合,利用高速摄像仪对当量直径177.8 μm的小曲率蛇形微通道进行可视化实验,对比了两种气液混合方式(上气下液型、上液下气型)下的流动特性。实验发现的主要流型有弹状流、波状分层流、弥散流等,对此分别研究了气弹的形状和长度、液膜厚度以及气流携带液滴的份额,并提出新的预测液滴含量的关联式。此外,针对这两种不同的混合方式,在弯道处发现圆弧可以诱导产生弹状流,二者均经历拉伸和断裂过程,区别在于后者在拉伸之前,先要进行膨胀。不同的气液混合方式对各相的流动会产生一定的影响,两相流体在通道壁面附近以及弯道处的分布也有所区别。     

并行微通道内气液相分配规律

微反应器的集成放大对于微化工技术的工业应用具有重要意义。利用高速摄像仪对4个并行微通道内气液两相流动状况及相分配规律进行了研究,考察了气液两相流量及液相黏度对两相分布均匀性的影响。实验所用液相为含0.3%表面活性剂十二烷基硫酸钠（SDS）的蒸馏水-甘油溶液,气相为氮气（N₂）。实验观察到了6种典型的两相流型。对各支通道均为弹状流情况下气泡长度和气泡速度的分布规律进行了研究。在一定气相流率下,各支通道气泡长度的相对标准偏差随液相流率的增大而增大,气泡速度的相对标准偏差值随液相流率的增大先升高到一定值然后逐渐减小。气相分配不均匀性随液相流率和黏度的增大而增大,液相分配不均匀性随液相黏度的增大而减小,气相流率的变化对于两相分布影响不明显。研究结果有助于并行微通道的结构设计与优化,以实现更为均匀的气液两相流动分配。     

小曲率蛇形微通道弯头处弹状流流动及传质特性的数值研究

采用CLSVOF（coupled level set and volume of fluid）方法,以空气和水为工作流体对小曲率矩形截面蛇形微通道内气液两相流动进行模拟研究。验证模型的合理性后,研究了曲率对弯通道内压降的影响,曲率及气相速度对弹状流气泡及液塞长度的综合影响;同时深入分析了弯管内气液两相流动的传质特性,包括不同曲率下气泡长度的变化,弯管内液侧体积传质系数与液膜体积传质系数的比较,曲率及气相速度对液相体积传质系数的影响。同时,对比了回转弯道与直微通道传质系数的差异,发现弯微通道可以强化传质。     

气泡在粘弹性液体中溶解的研究进展

在发泡塑料的制造过程中，均相气体－聚合物体系的形成直接影响了制品的物理机械性能，因此了解气泡在粘弹性液体中的溶解机理成为必然。本文讲述了气泡在流体中塌陷行为的研究进展。对Rayleigh对低粘度牛顿流体，Foqer和Goddand在无线量线性Maxwell模型的粘弹性体，Tanasawa和Tang用oldroyd三常数粘弹模型等科学家的研究行为做了概述，总结出影响此过程的复杂的影响因素，并指出进一步的研究方向。     

低温气液两相弹状流动中Taylor气泡的统计特征?I. Taylor气泡长度

为了研究倾角(q)和管径对低温气液两相流中Taylor气泡长度分布规律的影响,在6种管路倾角下,以液氮为工质,使用高速相机对4种内径透明抽真空Pyrex玻璃管内的弹状流动进行了可视化实验. 结果表明,低温弹状流动中Taylor气泡长度分布的统计特征可由对数正态分布函数描述,Taylor气泡长度分布的标准偏差受到液膜射流直接影响,并随q减小先增大后减小. Taylor气泡无量纲平均长度随管路轴向位置增大而线性增加,随管路内径增加呈指数下降趋势,随q减小而增大,最小值出现在70o≤q≤90o.     

CFD-PBM耦合模型模拟气液鼓泡床的通用性研究

通过对不同操作压力和不同液体性质气液鼓泡床的模拟值与实验数据进行对比,从而验证CFD-PBM耦合模型的通用性。结果表明,CFD-PBM耦合模型在加入了气泡破碎修正因子后,可以很好地预测压力对鼓泡床流体力学行为的影响趋势,当压力升高时,气含率显著升高。不同液体黏度和表面张力条件下CFD-PBM耦合模型的模拟结果与实验结果均吻合较好。随液体黏度增大,气泡破碎速率减小,气泡尺寸分布变宽,曳力显著下降,气含率随之降低。随表面张力减小,气泡破碎速率增大,气泡变小,气含率升高。CFD-PBM耦合模型具有很好的通用性,原因在于考虑了压力、液体黏度和表面张力对气泡聚并、破碎和气液相间作用力的影响。     

一个用于计算鼓泡塔平均循环速度的模型

A new model without any fitting parameter for estimating the mean liquid recirculating velocity has been derived from previous work direct]y. The prediction agrees with experimental data reasonably well. Accurency of prediction from the new model is comparable with the models reported in the literature. However, the new model has a potential capability to predict the average liquid recirculation velocity at elevated pressure bubble columns since n and c is developed under pressure. However this needs to be further tested experimentally.