氣液固多相流在化工生產(chǎn)中廣泛存在,例如在一定持液量的固液攪拌、氣固流化床、顆粒造粒等過程中。顆粒之間液體行成的架橋現(xiàn)象是多相流中常見的一種形式,研究液橋的臨界斷裂條件,了解液橋的斷裂規(guī)律對相關(guān)過程的設(shè)計和優(yōu)化具有重要意義。本文以水和不同黏度的硅油作為液橋材料,通過實驗和數(shù)值模擬的方法對等徑顆粒間液橋拉伸至斷裂的過程進行了研究,包括液橋的臨界斷裂距離與液橋體積、顆粒間初始距離、顆粒相對運動速度和液橋黏度之間的關(guān)系。實驗研究發(fā)現(xiàn),液橋材料為水時,當(dāng)無量綱液橋體積小于0.22時,液橋臨界斷裂距離與隨液橋體積的增大而增大,且二者之間成冪函數(shù)關(guān)系�？捎眯拚腂ond數(shù)VBo對臨界斷裂距離進行描述,當(dāng)V*Bo約為0.6時,無量綱臨界斷裂距離達到最大值0.94。當(dāng)液橋材料為水時,對于較小的液橋（V=8mm3）,臨界斷裂距離與顆粒初始距離之間沒有顯著關(guān)系,隨著液橋體積的增大（V=10 mm3-14 mm3）,二者之間出現(xiàn)線性增加的關(guān)系。若用液橋拉伸距離和顆粒間初始距離進行表征,發(fā)現(xiàn)液橋拉伸距離隨顆粒間距離的增加近似線性減少。液橋材料為水時,液相的毛細(xì)力在液橋拉伸過程中占主導(dǎo)作用,此時臨界斷裂距離與顆粒... 

【文章來源】：北京化工大學(xué)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：80 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖２－２相機標(biāo)定像素示意圖??Ｆｉｇ．?２－２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｃａｍｅｒａ?ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ?ｐｉｘｅｌｓ??

?第二章實驗裝置和方法???其在每次拉伸前形態(tài)保持穩(wěn)定和一致。形成穩(wěn)定的液橋后，通過控制平臺的操控，??運動小球在恒速傳動裝置的拖動下進行勻速運動，此時使用高速相機將在１００?ｆｐｓ??的條件下對拉伸過程進行記錄。每次拉伸完成后用去離子水將小球表面擦拭清潔，??待球面干燥后繼續(xù)下一次實驗。為避免液橋受到周圍氣相環(huán)境的干擾，實驗須保??證在密閉空間內(nèi)進行。實驗均處于室溫（Ｔ?＝?２１±０．５°ｃ）環(huán)境下進行。??２．２液橋的圖像分析方法??如圖２－３所示為實驗中由高速相機記錄得到的拉伸過程不同時刻的液橋形態(tài)，??左側(cè)小球為移動端。隨著液橋拉伸，可以觀察到液橋的中心有明顯下移，且氣液??固三相接觸點沿球面向下移動，液橋上下液面的曲率半徑的差異逐漸增大。在液??橋的斷裂瞬間發(fā)生拉絲現(xiàn)象。??〇ｓ?０．２?ｓ??０．４?ｓ?０．６?ｓ??ｍ?Ｍ?■?Ｊ??０．７６?ｓ?１．０?ｓ??圖２－３不同時刻液橋的形態(tài)（桂油／／?＝?０．０３Ｐａ．ｓ，Ｆ＝３ｍｍ３，ｗ＝１．５ｍｍ／ｓ）??Ｆｉｇ．?２－３?Ｌｉｑｕｉｄ?ｂｒｉｄｇｅ?ａｔ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｍｏｍｅｎｔｓ?ｄｕｒｉｎｇ?ｓｔｒｅｔｃｈｉｎｇ??（Ｓｉｌｉｃｏｎｅ?ｏｉｌ，?／／?＝?０．０３?Ｐａ?ｓ，?Ｖ＝?３?ｍｍ３，?ｗ?＝?１．５?ｍｍ／ｓ）??釆集得到的照片由ＭＡＴＬＡＢ進行識別、處理和分析，其中使用ｃａｎｎｙ算子判??１５??

?北京化工大學(xué)碩士研宄生學(xué)位論文???斷和提取小球的邊緣輪廓信息，之后確定球心坐標(biāo)，并得到兩個球心的距離，進??而得到液橋斷裂時的臨界距離。通常需要對１．２ｍｍ、２．４ｍｍ、３．６ｍｍ、４．８?ｍｍ等??多個不同距離進行調(diào)試從而減小由識別帶來的系統(tǒng)誤差。通過圖像分析得到的小??球間距與通過直尺測量得到的小球間距之間的偏差不超過０．５％。??通過計算機識別兩球間距為：３．６０１５ｍｍ??圖２－４高速相機拍攝的圖片（左）與程序識別處理后圖像（右）對比??（實驗圖片中兩球間距離為３．６?ｍｍ）??Ｆｉｇ．?２－４?Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｐｉｃｔｕｒｅｓ?ｔａｋｅｎ?ｂｙ?ｔｈｅ?ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ?ｃａｍｅｒａ?（ｌｅｆｔ）?ａｎｄ?ｔｈｅ?ｉｍａｇｅ?ｐｒｏｃｅｓｓｅｄ??ｂｙ?ｔｈｅ?ｐｒｏｇｒａｍ?（ｒｉｇｈｔ）．??（Ｔｈｅ?ｄｉｓｔａｎｃｅ?ｂｅｔｗｅｅｎ?ｔｈｅ?ｔｗｏ?ｐａｒｔｉｃｌｅｓ?ｉｎ?ｔｈｅ?ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ?ｐｉｃｔｕｒｅ?ｉｓ?３．６?ｍｍ．）??圖片分析的步驟如圖２－４所示：選擇液橋斷裂瞬間的圖片進行讀取，同時調(diào)??整圖片尺寸。根據(jù)最大類間方差法得到圖像二值化合適的閾值，再對圖片進行二??值化，確定腐蝕閾值，對識別區(qū)域進行膨脹腐蝕，此時便可以過濾掉圖像中的噪??點。使用ｃａｎｎｙ算子提取兩個小球的邊緣信息，然后確定小球的球心并計算球心??坐標(biāo)［５２】。??通過計算機識別兩球間距為：４．４５４２ｍｍ?通過計算機識別兩球間距為：１．７０６８ｍｍ??〇?＜？〇?錢??（ａ）?（ｂ）??圖２－５液橋斷裂瞬間的斷裂距離的識別（ａ中材料為水，ｂ中材料為硅油）??Ｆｉｇ．

【參考文獻】：
期刊論文
[1]不同含液量下顆粒間液橋力及形態(tài)的試驗研究[J]. 蒲誠,劉奉銀,張昭,程靖軒,趙偉.  水利學(xué)報. 2020(01)
[2]基于重疊網(wǎng)格技術(shù)和VOF模型的潛艇熱尾流浮升擴散規(guī)律的數(shù)值與實驗研究[J]. 王平,杜永成,楊立,金方圓.  紅外與激光工程. 2019(04)
[3]考慮固-液接觸角影響的粗顆粒間液橋毛細(xì)力計算方法[J]. 張昭,劉奉銀,齊吉琳,柴軍瑞.  水利學(xué)報. 2016(09)
[4]濕顆粒分離中的液橋力作用及臨界分離初速度[J]. 王輝,焦楊,辛文宇,楊元勛,謝磾,張玉婷.  大學(xué)物理. 2015(07)
[5]原子力顯微鏡中等容液橋的毛細(xì)力分析[J]. 魏征,陳少勇,趙爽,孫巖.  應(yīng)用數(shù)學(xué)和力學(xué). 2014(04)
[6]天然氣水合物顆粒間液橋力的理論研究[J]. 劉海紅,李玉星,王武昌,陳鵬.  天然氣工業(yè). 2013(04)
[7]水合物顆粒間的靜態(tài)液橋力[J]. 朱超,李玉星,王武昌.  油氣田地面工程. 2012(10)
[8]重力影響下板間液橋斷裂距離研究[J]. 王學(xué)衛(wèi),于洋.  實驗力學(xué). 2012(01)
[9]基于Surface Evolver模擬液橋斷裂距離[J]. 于洋,王學(xué)衛(wèi),吳群.  醫(yī)用生物力學(xué). 2011(05)
[10]基于非結(jié)構(gòu)重疊網(wǎng)格的二維N-S方程求解與應(yīng)用研究[J]. 田書玲,伍貽兆,夏健.  空氣動力學(xué)學(xué)報. 2008(03)

博士論文
[1]船槳舵相互作用的重疊網(wǎng)格技術(shù)數(shù)值方法研究[D]. 沈志榮.上海交通大學(xué) 2014

碩士論文
[1]液橋形成與破碎的動力學(xué)過程研究[D]. 陳少勇.北京化工大學(xué) 2015
[2]結(jié)構(gòu)重疊網(wǎng)格方法及其應(yīng)用研究[D]. 江海南.南京航空航天大學(xué) 2014



本文編號：3314423