本文選題：氣液兩相流　切入點(diǎn)：圖像處理　出處：《西安理工大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：氣液反應(yīng)器廣泛應(yīng)用于環(huán)境工程、廢水處理、水利工程、生物化工、石油能源等工業(yè)領(lǐng)域。氣液反應(yīng)器在運(yùn)行過(guò)程中對(duì)高效低能的迫切需求及反應(yīng)器大型化的趨勢(shì),都對(duì)反應(yīng)器的設(shè)計(jì)與優(yōu)化提出了更高的要求。氣液反應(yīng)器的效能取決于反應(yīng)器內(nèi)氣液兩相流的流動(dòng)狀態(tài),其流型流態(tài)與速度場(chǎng)分布直接影響到反應(yīng)器內(nèi)各相的接觸和混合效果,同時(shí)也影響著反應(yīng)過(guò)程中傳熱傳質(zhì)的速率,最終影響到反應(yīng)器運(yùn)行的效果和能耗。因此,對(duì)氣液反應(yīng)器中兩相流的流體力學(xué)行為進(jìn)行深入研究,可為現(xiàn)有反應(yīng)器的操作和優(yōu)化設(shè)計(jì)提供指導(dǎo),對(duì)解決日益嚴(yán)峻的能源短缺和環(huán)境污染問(wèn)題都具有重要的意義。本研究采用自主研發(fā)的氣液反應(yīng)器(專利號(hào):201210051031.0)進(jìn)行了氣液兩相流流場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)工作,并通過(guò)圖像處理與PIV技術(shù),以氣泡作為示蹤粒子,獲得了多種工況下密集氣泡條件下氣液兩相流準(zhǔn)確的氣相速度場(chǎng)分布;并在總結(jié)和分析現(xiàn)有氣液兩相流模型的基礎(chǔ)上,從相間作用力、湍流和氣泡模型三方面對(duì)原有氣液兩相流模型進(jìn)行對(duì)比改進(jìn),建立了BPBM-CFD耦合計(jì)算模型。通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行比較,并對(duì)比參考其他學(xué)者的研究成果,結(jié)果表明本文中改進(jìn)的模型具有可靠和準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)能力。本研究取得的主要進(jìn)展有:(1)研究并開(kāi)發(fā)了密集氣泡條件下氣液兩相流的測(cè)量方法。使用可消除光學(xué)折射的氣液反應(yīng)器實(shí)驗(yàn)裝置,獲取了氣液兩相流的原始圖像并進(jìn)行圖像預(yù)處理;利用氣泡作為示蹤粒子,使用PIV技術(shù)獲取氣相流場(chǎng)的速度場(chǎng)信息。(2)將氣泡群平衡模型應(yīng)用于氣液兩相流體系的流體力學(xué)計(jì)算。深入分析了氣泡聚并與破碎的機(jī)理,提出了較為完善的氣泡聚并與破碎模型。(3)采用雙流體模型與氣泡群平衡模型對(duì)氣液兩相流流體力學(xué)行為進(jìn)行了數(shù)值模擬。在總結(jié)和分析原有兩相流模型的基礎(chǔ)上,從相間作用力、湍流和氣泡模型三方面提出了模型的修正與改進(jìn),建立了 BPBM-CFD耦合模型進(jìn)行數(shù)值模擬研究并取得了較好的結(jié)果。(4)結(jié)合實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬結(jié)果對(duì)氣液反應(yīng)器的最優(yōu)工況提出了建議。基于得到的氣液兩相流氣相與液相流場(chǎng)數(shù)據(jù),對(duì)曝氣量、高徑比和曝氣器布置這三種重要工況條件下的流型流態(tài)和速度場(chǎng)分布進(jìn)行了分析,為氣液反應(yīng)器的運(yùn)行和優(yōu)化提供了建議。
[Abstract]:Gas-liquid reactors are widely used in environmental engineering, wastewater treatment, water conservancy engineering, biochemistry, petroleum energy and other industrial fields. The efficiency of the gas-liquid reactor depends on the flow state of the gas-liquid two-phase flow in the reactor, and its flow pattern and velocity field distribution directly affect the contact and mixing effect of each phase in the reactor. At the same time, it also affects the rate of heat and mass transfer in the reaction process, and ultimately affects the efficiency and energy consumption of the reactor. Therefore, the hydrodynamic behavior of the two-phase flow in the gas-liquid reactor is deeply studied. Can provide guidance for the operation and optimal design of existing reactors, It is of great significance to solve the increasingly serious problems of energy shortage and environmental pollution. In this study, the gas-liquid reactor (patent No. 201210051031.0) was used to carry out the experimental work of gas-liquid two-phase flow field, and through image processing and PIV technology, Using bubbles as tracer particles, the accurate gas velocity field distribution of gas-liquid two-phase flow under dense bubble conditions under various working conditions is obtained, and on the basis of summarizing and analyzing the existing gas-liquid two-phase flow models, the interphase interaction force is obtained. Based on the comparison and improvement of the original gas-liquid two-phase flow model, the BPBM-CFD coupling calculation model is established. The experimental data are compared with the numerical simulation results, and the research results of other scholars are compared. The results show that the improved model has reliable and accurate prediction ability. The main progress in this study is to study and develop the measurement method of gas-liquid two-phase flow under the condition of dense bubble. The optical refraction can be eliminated by using the method. Of the gas-liquid reactor, The original image of gas-liquid two-phase flow is obtained and preprocessed. The bubble is used as tracer particle. The PIV technique is used to obtain the velocity field information of the gas phase flow field. (2) the bubble group equilibrium model is applied to the hydrodynamics calculation of the gas-liquid two-phase flow system. The mechanism of bubble aggregation and fragmentation is analyzed in depth. A perfect model of bubble aggregation and breakage is proposed. The two-fluid model and bubble group equilibrium model are used to simulate the hydrodynamic behavior of gas-liquid two-phase flow. The modification and improvement of interphase force, turbulence and bubble model are proposed. The BPBM-CFD coupling model is established for numerical simulation, and good results are obtained. (4) combined with the experimental and numerical simulation results, some suggestions are proposed for the optimal conditions of the gas-liquid reactor. Based on the obtained gas-liquid two-phase flow data, the gas-liquid two-phase flow field data are obtained. The flow pattern and velocity field distribution of aeration rate, height to diameter ratio and aerator arrangement are analyzed, which provides suggestions for the operation and optimization of gas-liquid reactor.
【學(xué)位授予單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ052

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 王寧;郝點(diǎn);龍媛靜;;水平氣液兩相流管道振動(dòng)實(shí)驗(yàn)研究[J];山東化工;2011年09期

2 周云龍;劉博;李書(shū)芳;;T型通道內(nèi)氣液兩相流相分離研究進(jìn)展[J];現(xiàn)代化工;2012年12期

3 陳文義;姜楠;時(shí)劍;王振東;;子波分析提取氣液兩相流中氣泡結(jié)構(gòu)的相位平均波形[J];煤炭學(xué)報(bào);2005年06期

4 陳文義,常躍峰,姜楠,邢賀平;基于子波分析的氣液兩相流中相的識(shí)別[J];黑龍江科技學(xué)院學(xué)報(bào);2005年02期

5 孫志強(qiáng);張宏建;;氣液兩相流水平繞流柱體的動(dòng)態(tài)壓降特性[J];高校化學(xué)工程學(xué)報(bào);2008年03期

6 許燕斌;王化祥;崔自強(qiáng);;基于獨(dú)立成分分析的水平管氣液兩相流分相信息提取[J];化工學(xué)報(bào);2009年12期

7 陳文義;郭莎莎;姜楠;;氣液兩相流多尺度相干結(jié)構(gòu)及其間歇性[J];黑龍江科技學(xué)院學(xué)報(bào);2012年04期

8 胡國(guó)煒;;氣液兩相流工況下調(diào)節(jié)閥的選型[J];山東化工;2013年06期

9 呂硯山,張進(jìn)明,蔡建民,張晏春,梁英民,劉文慶,馬潤(rùn)宇,吳祥芝,傅舉孚,黑川一夫;氣液兩相流特征參數(shù)的微機(jī)測(cè)量系統(tǒng)[J];北京化工學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);1987年03期

10 周明;李文采;;底吹鋼包氣液兩相流結(jié)構(gòu)的研究[J];鋼鐵;1990年05期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 王樹(shù)立;趙實(shí);王素華;;氣液兩相流壓力波在彎管中的傳播[A];第十四屆全國(guó)水動(dòng)力學(xué)研討會(huì)文集[C];2000年

2 程文;村井一;木俊男;山本富士夫;;氣液兩相流不穩(wěn)定特性的實(shí)驗(yàn)研究[A];第七屆全國(guó)水動(dòng)力學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議暨第十九屆全國(guó)水動(dòng)力學(xué)研討會(huì)文集（上冊(cè)）[C];2005年

3 周云龍;徐馳;周紅娟;;高階統(tǒng)計(jì)量在氣液兩相流壓力與壓差信號(hào)對(duì)比分析中的應(yīng)用[A];第三屆全國(guó)虛擬儀器大會(huì)論文集[C];2008年

4 鄧斌;蔣昌波;湯寒松;隆院男;王剛;;基于氣液兩相流的沖瀉區(qū)水動(dòng)力數(shù)值研究[A];第十六屆中國(guó)海洋（岸）工程學(xué)術(shù)討論會(huì)（下冊(cè)）[C];2013年

5 郭盈;李永光;李崇詳;陳亮;馬立新;;誤差反傳神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的氣液兩相流漩渦信號(hào)分析[A];第十八屆全國(guó)水動(dòng)力學(xué)研討會(huì)文集[C];2004年

6 張志強(qiáng);董峰;許聰;;一種用于氣液兩相流測(cè)量的正弦電流激勵(lì)源[A];2009年中國(guó)智能自動(dòng)化會(huì)議論文集（第三分冊(cè)）[C];2009年

7 吳春亮;詹杰民;;鼓泡塔內(nèi)氣液兩相流的離散氣泡數(shù)值模擬[A];第二十屆全國(guó)水動(dòng)力學(xué)研討會(huì)文集[C];2007年

8 張立偉;冀海峰;黃志堯;王保良;李海青;;小通道小流量氣液兩相流熱式測(cè)量方法的研究[A];中國(guó)儀器儀表學(xué)會(huì)第十二屆青年學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2010年

9 池恒;金寧德;;氣液兩相流流型分形標(biāo)度表征研究[A];第十一屆全國(guó)非線性振動(dòng)學(xué)術(shù)會(huì)議暨第八屆全國(guó)非線性動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2007年

10 池恒;金寧德;;氣液兩相流流型分形標(biāo)度表征研究[A];第十一屆全國(guó)非線性振動(dòng)學(xué)術(shù)會(huì)議暨第八屆全國(guó)非線性動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要集[C];2007年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 王蒙;氣液反應(yīng)器中兩相流實(shí)驗(yàn)研究與數(shù)值模擬[D];西安理工大學(xué);2016年

2 陳錦芳;氣液兩相流在微小三通內(nèi)的相分配特性研究[D];華南理工大學(xué);2015年

3 常亞;氣液兩相流相含率電學(xué)測(cè)量新方法研究[D];浙江大學(xué);2016年

4 傅春;氣液兩相流動(dòng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜性分析[D];天津大學(xué);2015年

5 周穎;電容耦合式非接觸電導(dǎo)測(cè)量技術(shù)在氣液兩相流參數(shù)測(cè)量中的應(yīng)用研究[D];浙江大學(xué);2015年

6 孫慶明;基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的氣液兩相流流型分析方法研究[D];大連理工大學(xué);2015年

7 方立德;基于狹縫文丘里的氣液兩相流檢測(cè)技術(shù)研究[D];天津大學(xué);2007年

8 龍軍;基于傳感器數(shù)據(jù)融合的小通道氣液兩相流參數(shù)測(cè)量新方法研究[D];浙江大學(xué);2013年

9 王磊;基于電容耦合式非接觸電導(dǎo)檢測(cè)的氣液兩相流參數(shù)測(cè)量新方法研究[D];浙江大學(xué);2013年

10 許燕斌;基于電阻成像技術(shù)的水平管氣液兩相流研究[D];天津大學(xué);2009年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 趙振;濕天然氣管道低含液率氣液兩相流壓降特性研究[D];西安石油大學(xué);2015年

2 趙濱;高壓高產(chǎn)氣井油管氣液兩相流特性研究[D];西安石油大學(xué);2015年

3 粟紫葳;濕天然氣管道積液特性研究[D];西安石油大學(xué);2015年

4 林，

本文編號(hào)：1681229