12145.非牛頓流體中氣泡行為及其周圍流場(chǎng)特性研究

1、碩士學(xué)位論文非牛頓流體中氣泡行為及其周圍流場(chǎng)特性研究TheStudyofBubbleBehaviorsandAmbientFlowFieldinNonNewtonianFluid作者姓名：學(xué)科、專業(yè)：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)完成教師：日期：大連理工大學(xué)DalianUniversityofTeclmology大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要非牛頓流體中的氣泡運(yùn)動(dòng)行為廣泛存在于石油化工、環(huán)境保護(hù)、能源開發(fā)及利用等工程領(lǐng)域。由于非牛頓流體特殊的流變性質(zhì)以及氣液

2、兩相之間相互作用的復(fù)雜性，對(duì)于非牛頓流體中的單氣泡生成、上升以及雙氣泡聚并行為的研究目前仍不夠完善。本文做了以下工作：(1)采用高速攝影技術(shù)以及數(shù)字圖像處理技術(shù)對(duì)去離子水和不同濃度CMC水溶液中單氣泡的生成及上升運(yùn)動(dòng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，考察了單氣泡的形成過程，討論了氣泡上升過程當(dāng)量直徑、運(yùn)動(dòng)軌跡及運(yùn)動(dòng)速度的變化規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)，單氣泡的形成過程可細(xì)分為三個(gè)階段。在去離子水及CMC水溶液中，氣泡的平均當(dāng)量直徑、擺動(dòng)幅度以及擺動(dòng)的隨機(jī)性受噴嘴內(nèi)徑及

3、CMC水溶液濃度的影響較大。在去離子水中，氣泡先呈直線上升，當(dāng)z28Illtil時(shí)，氣泡開始振蕩，呈螺旋形上升；而在CMC水溶液中，氣泡運(yùn)動(dòng)軌跡幾乎均呈直線。隨著CMC水溶液濃度的增加，進(jìn)氣流量的降低，氣泡水平速度的波動(dòng)及氣泡垂直速度逐漸減小。隨著噴嘴內(nèi)徑的增大，CMC水溶液中氣泡水平速度的波動(dòng)變大，同時(shí)高濃度CMC水溶液中氣泡的垂直速度也隨之增大，但對(duì)低粘度溶液中運(yùn)動(dòng)氣泡的垂直速度的影響并不明顯。此外，建立了在一定無量綱參數(shù)數(shù)值范圍內(nèi)

4、，適用于去離子水與CMC水溶液中，氣泡的RP與We、Mo之間的函數(shù)關(guān)系式。(2)采用FLUENT軟件，基于流體體積法(VOF)對(duì)單氣泡生成及上升運(yùn)動(dòng)進(jìn)行數(shù)值模擬，并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，進(jìn)而研究氣泡周圍液相場(chǎng)的特點(diǎn)。研究了單氣泡形成過程中氣泡及其周圍液相壓力場(chǎng)和速度場(chǎng)的分布規(guī)律，并重點(diǎn)對(duì)CMC水溶液中上升氣泡周圍液相速度場(chǎng)的影響因素進(jìn)行討論分析。隨著CMC水溶液濃度的升高，氣泡周圍液體運(yùn)動(dòng)速度降低，氣泡的影響區(qū)減小；而隨著進(jìn)氣流量及噴

5、嘴內(nèi)徑的增加，氣泡周圍液體速度增加，氣泡影響區(qū)域變寬變長。(3)采用高速攝影對(duì)平行雙氣泡的生長聚并過程進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究并與數(shù)值模擬結(jié)果對(duì)比。結(jié)果表明，雙氣泡的生長及聚并過程可分為四個(gè)階段。重點(diǎn)分析平行雙氣泡聚并前后氣泡縱橫比變化的影響因素。氣泡聚并之前，氣泡縱橫比會(huì)隨著進(jìn)氣流量、噴嘴內(nèi)徑的增加而分別升高和降低。在較低氣量、較大噴嘴內(nèi)徑以及大噴嘴間距的情況下，平行雙氣泡較晚發(fā)生聚并。氣泡聚并之后，隨著進(jìn)氣流量、噴嘴內(nèi)徑的增大及噴嘴間距的減小，