本文關(guān)鍵詞：鼓泡塔中氣泡群浮升運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)與模擬研究

  更多相關(guān)文章： 鼓泡塔 氣泡群 高速攝像 單元胞模型 多氣泡繞流模型

【摘要】：氣泡是鼓泡塔反應(yīng)器中的氣體存在的基本形式,其浮升運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)了反應(yīng)器中的兩相流動(dòng),對(duì)其運(yùn)動(dòng)規(guī)律的研究對(duì)鼓泡塔的流體動(dòng)力學(xué)行為的認(rèn)識(shí)和裝置設(shè)計(jì)具有重要意義。本文從實(shí)驗(yàn)與模擬兩個(gè)方面對(duì)二維鼓泡塔內(nèi)的氣泡群的浮升運(yùn)動(dòng)進(jìn)行理論研究,獲得了氣泡的運(yùn)動(dòng)參數(shù),討論了影響浮升運(yùn)動(dòng)的因素,考察了氣泡團(tuán)聚現(xiàn)象,建立的相關(guān)數(shù)學(xué)模型為氣液鼓泡塔流體力學(xué)研究提供了新內(nèi)容。論文首先采用高速攝像法對(duì)低表觀(guān)氣速下鼓泡塔內(nèi)的氣泡群在流體中的浮升過(guò)程進(jìn)行了測(cè)量。以純水、甘油/水二元體系、水/甘油/黃原膠三元體系為實(shí)驗(yàn)體系,考察了不同牛頓流體、假塑性流體條件下氣泡浮升運(yùn)動(dòng)行為。實(shí)驗(yàn)表明,氣泡群在牛頓流體和假塑性流體中的運(yùn)動(dòng)行為存在較大差異：在假塑性流體中出現(xiàn)了多個(gè)氣泡團(tuán)聚浮升的現(xiàn)象,而在牛頓流體中氣體以分散的單氣泡浮升為主,沒(méi)有明顯的氣泡團(tuán)聚的現(xiàn)象。在不同物系體系中,研究了氣含率、雷諾數(shù)、分布器孔徑和液體的黏度、冪律指數(shù)對(duì)氣泡大小、形狀、浮升速度、曳力系數(shù)及氣泡團(tuán)聚的影響。結(jié)果表明：氣含率提高,氣泡曳力系數(shù)增大,浮升速度減少,氣泡變形增大；雷諾數(shù)提高,曳力系數(shù)減小,浮升速度變快；較小分布器孔徑,導(dǎo)致氣泡尺寸減少,浮升速度變慢；高液體黏度和低冪律指數(shù)使氣泡更容易團(tuán)聚。采用單元胞模型和多氣泡繞流模型對(duì)牛頓和假塑性流體中的氣泡群浮升進(jìn)行了模擬研究。提出了立方體構(gòu)型的單元模型,計(jì)算得到的氣泡群的浮升速度和曳力系數(shù)與實(shí)驗(yàn)值吻合較好,表明該模型是模擬牛頓流體均勻鼓泡流氣泡群運(yùn)動(dòng)的有效手段。構(gòu)建了多氣泡繞流模型,對(duì)不同數(shù)目氣泡的團(tuán)聚體進(jìn)行了模擬。研究發(fā)現(xiàn)：氣泡團(tuán)聚體中不同位置氣泡所受曳力不同,受氣泡遮擋作用,中心氣泡所受曳力較小,沿來(lái)流方向頂層氣泡所曳力高于底層氣泡；隨著氣泡間距增大,氣泡曳力系數(shù)增加,氣泡團(tuán)聚使氣泡浮升阻力大幅降低；與牛頓流體比較,在假塑性流體中氣泡受到的曳力較小,氣泡間的橫向吸引力和排斥力較低,形成的氣泡團(tuán)聚體更穩(wěn)定,模型探討了假塑性流體中引起氣泡團(tuán)聚的原因,為氣泡團(tuán)聚的機(jī)理研究提供了可行的模擬方法。
【關(guān)鍵詞】：鼓泡塔 氣泡群 高速攝像 單元胞模型 多氣泡繞流模型
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TQ053.5;TQ021.1
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-9
• 主要符號(hào)表9-12
• 1 引言12-14
• 2 文獻(xiàn)綜述14-30
• 2.1 鼓泡塔宏觀(guān)參數(shù)的測(cè)量14-18
• 2.1.1 流型劃分14-15
• 2.1.2 氣液鼓泡流測(cè)試技術(shù)15-16
• 2.1.3 氣含率16-17
• 2.1.4 液相速度17-18
• 2.2 氣泡動(dòng)力學(xué)的研究18-24
• 2.2.1 氣泡的大小18-19
• 2.2.2 氣泡的形狀19-20
• 2.2.5 氣泡的浮升速度20-22
• 2.2.6 多氣泡動(dòng)力學(xué)22-24
• 2.3 鼓泡塔流體力學(xué)模擬24-29
• 2.3.1 CFD簡(jiǎn)介24-25
• 2.3.2 鼓泡塔氣液兩相流模型25-27
• 2.3.3 顆粒間相互影響的數(shù)值模擬27-29
• 2.4 本文工作思路與內(nèi)容安排29-30
• 3 氣泡群浮升的實(shí)驗(yàn)研究30-48
• 3.1 實(shí)驗(yàn)裝置30-32
• 3.2 實(shí)驗(yàn)體系32-33
• 3.3 實(shí)驗(yàn)步驟33-34
• 3.4 圖像處理34-35
• 3.5 牛頓流體實(shí)驗(yàn)結(jié)果35-39
• 3.5.1 平均氣含率35-36
• 3.5.2 氣泡尺寸和形狀36-38
• 3.5.3 氣泡的曳力系數(shù)38-39
• 3.6 假塑性流體實(shí)驗(yàn)結(jié)果39-46
• 3.6.1 氣泡團(tuán)聚體的形成39-42
• 3.6.2 氣泡團(tuán)聚體尺寸42-44
• 3.6.3 氣泡團(tuán)聚體浮升速度44-46
• 3.7 本章小結(jié)46-48
• 4 氣泡群中氣泡運(yùn)動(dòng)的模擬48-58
• 4.1 單元胞模型的建立48-49
• 4.2 流體力學(xué)方程49-50
• 4.3 求解方法50-51
• 4.4 模擬結(jié)果51-53
• 4.4.1 典型模擬結(jié)果圖51-52
• 4.4.2 氣泡浮升速度52-53
• 4.5 氣泡的曳力系數(shù)53-57
• 4.6 本章小結(jié)57-58
• 5 氣泡群中氣泡團(tuán)聚的模擬58-72
• 5.1 多氣泡繞流模型58-59
• 5.2 流體力學(xué)方程59-60
• 5.3 求解方法60-61
• 5.4 模擬結(jié)果61-70
• 5.4.1 典型模擬結(jié)果圖61-62
• 5.4.2 氣泡間距對(duì)氣泡的曳力系數(shù)影響62-65
• 5.4.3 氣泡團(tuán)聚體的浮升速度和曳力系數(shù)分析65-67
• 5.4.4 氣泡受力分析67-70
• 5.5 本章小結(jié)70-72
• 6 結(jié)論與展望72-74
• 6.1 結(jié)論72-73
• 6.2 展望73-74
• 參考文獻(xiàn)74-80
• 作者簡(jiǎn)介及在學(xué)期間所取得的科研成果80

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 蘇新軍;;鼓泡塔出口邊界條件的數(shù)值模擬[J];化學(xué)工程;2008年12期

2 樊亞超;靳海波;秦嶺;楊索和;何廣湘;;多級(jí)鼓泡塔內(nèi)液體速度分布的實(shí)驗(yàn)研究[J];化學(xué)工程;2011年10期

3 徐禮嘉;陳彩霞;夏梓洪;袁伯若;;鼓泡塔內(nèi)氣泡羽流周期性擺動(dòng)的數(shù)值模擬[J];化學(xué)工程;2012年09期

4 李佐虎,楊守志,毛卓雄,陳家鏞;多層鼓泡塔中液體軸向混合的研究[J];化工學(xué)報(bào);1980年03期

5 莫之光;;鼓泡塔反應(yīng)器的多級(jí)回流模型[J];華南工學(xué)院學(xué)報(bào);1981年02期

6 莫之光;鼓泡塔反應(yīng)器的多級(jí)回流模型[J];化工學(xué)報(bào);1983年02期

7 高橋照男 ,宮原敏郎 ,薛冠申;鼓泡塔的設(shè)計(jì)技術(shù)現(xiàn)狀及其要點(diǎn)[J];化學(xué)工程;1987年06期

8 劉銅安;崔柯;;液噴式鼓泡塔性能研究[J];吉林化工學(xué)院學(xué)報(bào);1989年02期

9 繆麗娟;鼓泡塔反應(yīng)裝置應(yīng)用的最新動(dòng)態(tài)[J];醫(yī)藥工程設(shè)計(jì);1995年04期

10 劉輝,張政;鼓泡塔中浮力驅(qū)動(dòng)環(huán)流特征及反應(yīng)器放大[J];化工學(xué)報(bào);1999年03期

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 李昕;許春建;周明;;鼓泡塔內(nèi)吸附劑微粒增強(qiáng)氣液兩相傳質(zhì)的實(shí)驗(yàn)研究[A];第三屆全國(guó)化學(xué)工程與生物化工年會(huì)論文摘要集（上）[C];2006年

中國(guó)重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 本報(bào)記者 姚伊樂(lè);邯鋼為何選用鼓泡法脫硫?[N];中國(guó)環(huán)境報(bào);2010年

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前7條

1 吳婷;基于脈沖鼓泡和氣動(dòng)攪拌的煙氣脫硫工藝及裝置研究[D];湖南大學(xué);2016年

2 黃子賓;鼓泡塔內(nèi)液相多尺度循環(huán)流動(dòng)結(jié)構(gòu)的研究[D];華東理工大學(xué);2011年

3 李光;鼓泡塔反應(yīng)器氣液兩相流數(shù)值模擬模型及應(yīng)用[D];華東理工大學(xué);2010年

4 王樹(shù)立;鼓泡塔氣液兩相流的數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)研究[D];大連理工大學(xué);2002年

5 姚柏平;氣液鼓泡塔流體力學(xué)理論與實(shí)驗(yàn)研究[D];北京化工大學(xué);1990年

6 明平文;鼓泡塔結(jié)晶器傳遞及操作原理研究[D];大連理工大學(xué);1999年

7 張煜;湍動(dòng)鼓泡塔充分發(fā)展段的流體力學(xué)與內(nèi)構(gòu)件技術(shù)研究[D];浙江大學(xué);2011年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 周強(qiáng);豎直列管鼓泡塔氣液兩相流數(shù)值模擬[D];華東理工大學(xué);2016年

2 周曉琳;鼓泡塔中氣泡群浮升運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)與模擬研究[D];浙江大學(xué);2016年

3 袁伯若;鼓泡塔氣液兩相流數(shù)值模擬[D];華東理工大學(xué);2013年

4 王麗雅;鼓泡塔中流動(dòng)與傳遞參數(shù)的檢測(cè)[D];浙江大學(xué);2006年

5 周青鈉;漿態(tài)鼓泡塔流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)研究[D];浙江大學(xué);2008年

6 秦嶺;多級(jí)鼓泡塔流體力學(xué)參數(shù)的測(cè)量與混合特性的研究[D];北京化工大學(xué);2010年

7 翟甜;影響鼓泡塔氣—液兩相流流體力學(xué)行為因素的研究[D];西北大學(xué);2014年

8 張曉東;鼓泡塔與內(nèi)循環(huán)氣升式反應(yīng)器內(nèi)氣—液兩相流的數(shù)值模擬[D];北京化工大學(xué);2006年

9 郝朋越;微位移法在鼓泡塔內(nèi)氣含率測(cè)量及流型判別中的應(yīng)用研究[D];天津大學(xué);2007年

10 周超;超聲作用下鼓泡塔內(nèi)氣泡與傳質(zhì)特性研究[D];華南理工大學(xué);2011年

，

本文編號(hào)：1004330