本文關(guān)鍵詞：氣泡破碎及其三維PIV實(shí)驗(yàn)研究

  更多相關(guān)文章： 氣泡破碎 高速攝像技術(shù) 體三維PIV技術(shù) VOF模型

【摘要】：在氣液兩相反應(yīng)器中,氣泡的破碎是一個(gè)相間接觸面積增大的過程,這對(duì)諸多需要通過增大相間接觸面積從而促進(jìn)傳質(zhì)的化工過程來說具有重要的意義。本課題主要利用高速攝像技術(shù)、二／三維粒子成像測(cè)速技術(shù)(PIV),并結(jié)合數(shù)值模擬方法對(duì)單個(gè)氣泡在射流流場(chǎng)作用下的破碎過程進(jìn)行研究。本課題利用高速攝像技術(shù)拍攝氣泡的生成、上升、橫向移動(dòng)到破碎的完整軌跡,分析氣泡發(fā)生位置、氣泡直徑及射流雷諾數(shù)對(duì)氣泡的破碎過程、形式、概率以及破碎生成的子氣泡數(shù)目的影響。結(jié)果表明：在氣泡上升階段,氣泡受到射流流場(chǎng)的影響有背向射流噴嘴出口方向的偏移,同時(shí)發(fā)生明顯的變形；在氣泡剪切-拉伸階段,氣泡受到強(qiáng)烈剪切的位置是氣泡的破碎形式與概率的主要影響因素,而該剪切位置又與射流雷諾數(shù)、氣泡直徑和氣泡出口距離密切相關(guān)。根據(jù)破碎生成的子氣泡數(shù)目可將破碎形式分為二元、三元和多元破碎。本課題使用二維PIV技術(shù)對(duì)高速攝像實(shí)驗(yàn)中的單相射流流場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量,以找出二維流場(chǎng)與氣泡行為之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。使用體三維PIV技術(shù)對(duì)高速攝像實(shí)驗(yàn)中的射流流場(chǎng)及氣泡行為進(jìn)行同步測(cè)量,結(jié)果表明：氣泡的存在會(huì)使其所在位置處的液相流場(chǎng)速度相比于單相流動(dòng)時(shí)而言有不同程度的增加,且氣泡的運(yùn)動(dòng)速度大于其周圍流場(chǎng)的流速。本課題采用CFD數(shù)值模擬方法中的VOF模型,對(duì)高速攝像實(shí)驗(yàn)中存在氣泡時(shí)的射流流場(chǎng)及氣泡行為進(jìn)行瞬態(tài)二維模擬。在數(shù)值模擬中得到的氣泡的形態(tài)及其變化規(guī)律基本上與同實(shí)驗(yàn)條件下高速攝像技術(shù)拍攝的結(jié)果一致,并且液相射流流場(chǎng)也會(huì)受到氣泡位置和速度的影響而發(fā)生變化。
【關(guān)鍵詞】：氣泡破碎 高速攝像技術(shù) 體三維PIV技術(shù) VOF模型
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ021.1
【目錄】：

• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集4-5
• 摘要5-7
• ABSTRACT7-16
• 第一章 文獻(xiàn)綜述16-34
• 1.1 氣-液兩相流領(lǐng)域內(nèi)氣泡的研究進(jìn)展16-17
• 1.2 氣泡的破碎17-20
• 1.2.1 氣泡破碎過程18
• 1.2.2 氣泡破碎原因18-20
• 1.2.3 子氣泡研究20
• 1.3 氣泡的實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法20-27
• 1.3.1 接觸式測(cè)量方法20-21
• 1.3.2 非接觸式測(cè)量方法21-27
• 1.4 氣泡的數(shù)值模擬方法27-32
• 1.4.1 VOF模擬方法28-30
• 1.4.2 其他數(shù)值模擬方法30-32
• 1.5 本文研究?jī)?nèi)容32-34
• 第二章 實(shí)驗(yàn)裝置及方法34-44
• 2.1 實(shí)驗(yàn)裝置34-37
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)34-36
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)試劑36
• 2.1.3 有機(jī)玻璃槽36
• 2.1.4 氣泡生成裝置36-37
• 2.2 高速攝像法37-40
• 2.2.1 拍攝體系37
• 2.2.2 高速攝像系統(tǒng)37-38
• 2.2.3 高速相機(jī)參數(shù)及拍攝范圍38-39
• 2.2.4 高速相機(jī)標(biāo)定39
• 2.2.5 高速相機(jī)拍攝39-40
• 2.2.6 圖像分析方法40
• 2.3 二維PIV拍攝40-42
• 2.4 三維PIV拍攝42-44
• 第三章 高速攝像技術(shù)研究氣泡破碎44-60
• 3.1 氣泡破碎過程典型階段的定義44-46
• 3.2 氣泡的破碎形式46-48
• 3.2.1 氣泡破碎形式的劃分46-47
• 3.2.2 氣泡破碎形式的概率47-48
• 3.3 氣泡的上升階段48-50
• 3.4 氣泡的剪切-拉伸階段50-58
• 3.4.1 氣泡的剪切位置50-52
• 3.4.2 氣泡的剪切位置與氣泡破碎的關(guān)系52-53
• 3.4.3 氣泡的剪切-拉伸位移53-54
• 3.4.4 氣泡的剪切-拉伸時(shí)間54-56
• 3.4.5 氣泡的破碎位置56-58
• 3.5 小結(jié)58-60
• 第四章 粒子成像測(cè)速(PIV)技術(shù)研究氣泡破碎60-70
• 4.1 二維PIV實(shí)驗(yàn)60-65
• 4.1.1 單相射流流場(chǎng)的速度60-62
• 4.1.2 單相射流流場(chǎng)的剪切速率62-63
• 4.1.3 單相射流流場(chǎng)的湍流動(dòng)能63-64
• 4.1.4 單相射流流場(chǎng)的湍流動(dòng)能耗散率64-65
• 4.2 體三維PIV實(shí)驗(yàn)65-68
• 4.2.1 氣泡上升階段的氣-液復(fù)合射流流場(chǎng)65-66
• 4.2.2 氣泡剪切-拉伸階段的氣-液復(fù)合射流流場(chǎng)66-68
• 4.3 小結(jié)68-70
• 第五章 二維數(shù)值模擬法研究氣泡破碎70-84
• 5.1 模擬方法70-72
• 5.1.1 網(wǎng)格劃分70-71
• 5.1.2 模擬對(duì)象與邊界條件71
• 5.1.3 模型選擇與求解方法71-72
• 5.2 模擬結(jié)果72-82
• 5.2.1 氣泡二元破碎過程72-77
• 5.2.2 氣泡不破碎過程77-82
• 5.3 小結(jié)82-84
• 第六章 主要結(jié)論與創(chuàng)新點(diǎn)84-86
• 6.1 主要結(jié)論84-85
• 6.2 創(chuàng)新點(diǎn)85-86
• 參考文獻(xiàn)86-90
• 致謝90-92
• 導(dǎo)師和作者簡(jiǎn)介92-93
• 專業(yè)學(xué)位碩士研究生學(xué)位論文答辯委員會(huì)決議書93-94

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前3條

1 趙知辛;王煥然;李彥鵬;席光;;用Level Set方法對(duì)水下兩個(gè)氣泡運(yùn)動(dòng)的數(shù)值模擬[J];西安交通大學(xué)學(xué)報(bào);2009年07期

2 張淑君;吳錘結(jié);;氣泡之間相互作用的數(shù)值模擬[J];水動(dòng)力學(xué)研究與進(jìn)展A輯;2008年06期

3 李彥鵬;關(guān)衛(wèi)省;;應(yīng)用Level Set方法模擬三維氣泡與液滴的運(yùn)動(dòng)[J];地球科學(xué)與環(huán)境學(xué)報(bào);2007年02期

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本文編號(hào)：528637