低含氣率條件下文丘里管氣泡發(fā)生器內(nèi)氣泡碎裂過程研究
發(fā)布時間：2021-03-15 13:22
借助影像處理軟件PFV和圖像處理軟件Image-Pro Plus,詳細分析了高速攝像儀獲取的文丘里管氣泡發(fā)生器內(nèi)氣泡的輸運及破碎過程。研究表明:文丘里管氣泡發(fā)生器內(nèi)氣泡的破碎過程存在2個明顯的不同階段;氣泡在擴張段入口處存在明顯的減速過程,且在減速過程中存在3種主要的形變過程;氣泡的減速過程對氣泡的碎化存在重要影響;氣泡在擴張段的迅速減速,造成了氣-液之間的運動速度差迅速加大,極大強化了氣-液之間的相互作用,致使在擴張段較大直徑的氣泡迅速碎裂成大量的微小氣泡。
【文章來源】：核動力工程. 2016,37(06)北大核心
【文章頁數(shù)】：4 頁
【部分圖文】：
實驗系統(tǒng)回路圖
hematicDiagramofExperimentLoop10000fps。為避免光線折射引起拍攝的氣泡圖像變形失真，拍攝位置方向盡量垂直于管壁。文丘里管氣泡發(fā)生器的入口、喉部和出口均有測壓點，當?shù)乇韷翰捎?.05級精度的壓力傳感器測量。水流量由0.5級精度的渦輪流量傳感器測量，氣體流量計精度等級為1級�？諝饬髁�、水流量、文丘里管進出口及喉部壓力等參數(shù)由美國國家儀器公司（NI）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集，并存入計算機中。高速視頻數(shù)據(jù)由軟件PFVVer.3.25和Image-ProPlus6.0進行分析和處理。1.2實驗元件試驗測試的文丘里管氣泡發(fā)生器結(jié)構(gòu)如圖2所示。氣泡發(fā)生器主要由漸縮段、喉部和漸擴段3部分組成。設(shè)計參數(shù)：入口段直徑50mm；收縮角為22.5°，擴張角為7.5°；喉部直徑25mm，長50mm。另外，為了均勻向發(fā)生器內(nèi)注氣，喉部設(shè)計了一注氣環(huán)腔，注氣環(huán)腔內(nèi)壁均勻分布15個直徑為1mm的注氣孔。設(shè)計水流量為15～20m3/h，對應(yīng)喉部水流速范圍約為8.5～11.2m/s�？諝饬髁繛�0.6～0.7L/min。圖2文丘里管氣泡發(fā)生器結(jié)構(gòu)圖Fig.2StructureofaVenturi-TypeBubbleGenerator2實驗結(jié)果分析2.1實驗分析方法在進行視頻數(shù)據(jù)分析時，為了測量方便，選取擴張段入口處為基準面，選取喉部直徑為標尺（喉部直徑為25mm）。由于氣泡形狀通常不規(guī)則，以氣泡的最大寬度及最大高度作輔助長方形，認為輔助長方形的中心近似為氣泡的質(zhì)心，氣泡質(zhì)心及基準線的選取如圖3所示。通過量取單個氣泡每0.1ms上升的距離，便可以得到氣泡上升的速度，如圖4所示。由于時間間隔足夠小，可近似認為在每一個0.1ms內(nèi)氣泡為勻速運動，則某一時刻的瞬時速度可以近似為：1ΔiiHHVt(i=1,2,3)（1）
莫政宇等：低含氣率條件下文丘里管氣泡發(fā)生器內(nèi)氣泡碎裂過程研究43式中，Hi為第i幀圖像氣泡距離基準線的高度；圖3基準線選取及氣泡中心位置確定Fig.3SelectionofBaselineAndDeterminationofi1H為第i+1幀圖像里該氣泡距離基準體的高度；Δt為連續(xù)兩幀圖像的時間間隔，為0.1ms；Ｖ為氣泡運動速度，m/s。為了減小測量引起的誤差，選取30個典型且清晰的氣泡按上述方法量取計算。2.2氣泡的碎化過程氣泡從喉部流出直至完全碎化，整個過程存在2個明顯的不同階段。氣泡在從喉部流出以后，在減速過程中不斷發(fā)生變形，然后發(fā)生分裂或者局部發(fā)生破碎，有微小氣泡從大氣泡的局部位置剝離出來。隨后，發(fā)生分裂的氣泡迅速發(fā)生破碎，碎化為大量的微小氣泡。圖5為典型氣泡從喉部流出后，經(jīng)歷減速、分裂和完全碎化的過程，可以明顯看出氣泡分裂和碎化2個典型階段。將氣泡從拍攝的圖片底部出現(xiàn)在影像中的時刻設(shè)為0ms，氣泡上升過程存在明顯的減速過程，當水流量為20m3/h時（喉部水流速度約11m/s），氣泡由喉部注入后，先以略小于主流的速度8m/s左右上升進入擴張段，氣泡運動速度迅速降至3.5m/s左右，直至氣泡破碎。雖然漸擴段主流的速度也會逐漸降低，但降低的幅度很小，只是從11m/s降到9m/s左右；所以氣泡與周圍的水流之間的速度差迅速加大，破碎幾乎就發(fā)生在氣泡速度最小的位置。因此，氣泡破碎的原因和氣泡的減速過程存在很大關(guān)系，這一點和一般直管內(nèi)的氣泡在紊流作用下破碎過程不同，也是理解文丘里式氣泡發(fā)生裝置內(nèi)氣泡碎化作用機制的關(guān)鍵。氣泡運動速度的迅速降低，除了流通面積增加、主流速度降低導致的靜壓升高的原因之外，還應(yīng)該存在其他因素，需要進一步深入研究。2.3氣泡的變形過程氣泡在進入漸擴段之前都保?
【參考文獻】：
期刊論文
[1]Optimization of cavitation venturi tube design for pico and nano bubbles generation[J]. Xiong Yu,Peng Felicia. International Journal of Mining Science and Technology. 2015(04)
[2]文丘里式氣泡發(fā)生器工作特性分析[J]. 居曉峰,孫立成,唐文偲,運紅宇,閻昌琪. 核技術(shù). 2014(12)
[3]不同結(jié)構(gòu)空化氣泡發(fā)生器的試驗研究[J]. 田野,楊潤全,王懷法. 煤炭技術(shù). 2014(06)
[4]文丘里式氣泡發(fā)生器氣泡碎化特性研究[J]. 唐文偲,閻昌琪,孫立成,劉衛(wèi),李華. 原子能科學技術(shù). 2014(05)
[5]文丘里管反應(yīng)器空化泡的動力學特性[J]. 沈壯志,柳楠. 陜西師范大學學報(自然科學版). 2012(01)
[6]Dynamic behaviors of cavitation bubble for the steady cavitating flow[J]. Jun CAI,Xiulan HUAI and Xunfeng LIInstitute of Engineering Thermophysics,Chinese Academy of Sciences,P.O.Box 2706,Beijing 100190,China Professor. Journal of Thermal Science. 2009(04)
[7]氣泡發(fā)生器結(jié)構(gòu)性能的研究與進展[J]. 桂夏輝,劉炯天,曹亦俊,丁起鵬. 選煤技術(shù). 2009(02)
[8]文丘里管空化器內(nèi)空泡動力學特性的數(shù)值模擬[J]. 付勇,張曉冬. 化學工程與裝備. 2007(02)
本文編號：3084250
【文章來源】：核動力工程. 2016,37(06)北大核心
【文章頁數(shù)】：4 頁
【部分圖文】：
實驗系統(tǒng)回路圖
hematicDiagramofExperimentLoop10000fps。為避免光線折射引起拍攝的氣泡圖像變形失真，拍攝位置方向盡量垂直于管壁。文丘里管氣泡發(fā)生器的入口、喉部和出口均有測壓點，當?shù)乇韷翰捎?.05級精度的壓力傳感器測量。水流量由0.5級精度的渦輪流量傳感器測量，氣體流量計精度等級為1級�？諝饬髁�、水流量、文丘里管進出口及喉部壓力等參數(shù)由美國國家儀器公司（NI）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集，并存入計算機中。高速視頻數(shù)據(jù)由軟件PFVVer.3.25和Image-ProPlus6.0進行分析和處理。1.2實驗元件試驗測試的文丘里管氣泡發(fā)生器結(jié)構(gòu)如圖2所示。氣泡發(fā)生器主要由漸縮段、喉部和漸擴段3部分組成。設(shè)計參數(shù)：入口段直徑50mm；收縮角為22.5°，擴張角為7.5°；喉部直徑25mm，長50mm。另外，為了均勻向發(fā)生器內(nèi)注氣，喉部設(shè)計了一注氣環(huán)腔，注氣環(huán)腔內(nèi)壁均勻分布15個直徑為1mm的注氣孔。設(shè)計水流量為15～20m3/h，對應(yīng)喉部水流速范圍約為8.5～11.2m/s�？諝饬髁繛�0.6～0.7L/min。圖2文丘里管氣泡發(fā)生器結(jié)構(gòu)圖Fig.2StructureofaVenturi-TypeBubbleGenerator2實驗結(jié)果分析2.1實驗分析方法在進行視頻數(shù)據(jù)分析時，為了測量方便，選取擴張段入口處為基準面，選取喉部直徑為標尺（喉部直徑為25mm）。由于氣泡形狀通常不規(guī)則，以氣泡的最大寬度及最大高度作輔助長方形，認為輔助長方形的中心近似為氣泡的質(zhì)心，氣泡質(zhì)心及基準線的選取如圖3所示。通過量取單個氣泡每0.1ms上升的距離，便可以得到氣泡上升的速度，如圖4所示。由于時間間隔足夠小，可近似認為在每一個0.1ms內(nèi)氣泡為勻速運動，則某一時刻的瞬時速度可以近似為：1ΔiiHHVt(i=1,2,3)（1）
莫政宇等：低含氣率條件下文丘里管氣泡發(fā)生器內(nèi)氣泡碎裂過程研究43式中，Hi為第i幀圖像氣泡距離基準線的高度；圖3基準線選取及氣泡中心位置確定Fig.3SelectionofBaselineAndDeterminationofi1H為第i+1幀圖像里該氣泡距離基準體的高度；Δt為連續(xù)兩幀圖像的時間間隔，為0.1ms；Ｖ為氣泡運動速度，m/s。為了減小測量引起的誤差，選取30個典型且清晰的氣泡按上述方法量取計算。2.2氣泡的碎化過程氣泡從喉部流出直至完全碎化，整個過程存在2個明顯的不同階段。氣泡在從喉部流出以后，在減速過程中不斷發(fā)生變形，然后發(fā)生分裂或者局部發(fā)生破碎，有微小氣泡從大氣泡的局部位置剝離出來。隨后，發(fā)生分裂的氣泡迅速發(fā)生破碎，碎化為大量的微小氣泡。圖5為典型氣泡從喉部流出后，經(jīng)歷減速、分裂和完全碎化的過程，可以明顯看出氣泡分裂和碎化2個典型階段。將氣泡從拍攝的圖片底部出現(xiàn)在影像中的時刻設(shè)為0ms，氣泡上升過程存在明顯的減速過程，當水流量為20m3/h時（喉部水流速度約11m/s），氣泡由喉部注入后，先以略小于主流的速度8m/s左右上升進入擴張段，氣泡運動速度迅速降至3.5m/s左右，直至氣泡破碎。雖然漸擴段主流的速度也會逐漸降低，但降低的幅度很小，只是從11m/s降到9m/s左右；所以氣泡與周圍的水流之間的速度差迅速加大，破碎幾乎就發(fā)生在氣泡速度最小的位置。因此，氣泡破碎的原因和氣泡的減速過程存在很大關(guān)系，這一點和一般直管內(nèi)的氣泡在紊流作用下破碎過程不同，也是理解文丘里式氣泡發(fā)生裝置內(nèi)氣泡碎化作用機制的關(guān)鍵。氣泡運動速度的迅速降低，除了流通面積增加、主流速度降低導致的靜壓升高的原因之外，還應(yīng)該存在其他因素，需要進一步深入研究。2.3氣泡的變形過程氣泡在進入漸擴段之前都保?
【參考文獻】：
期刊論文
[1]Optimization of cavitation venturi tube design for pico and nano bubbles generation[J]. Xiong Yu,Peng Felicia. International Journal of Mining Science and Technology. 2015(04)
[2]文丘里式氣泡發(fā)生器工作特性分析[J]. 居曉峰,孫立成,唐文偲,運紅宇,閻昌琪. 核技術(shù). 2014(12)
[3]不同結(jié)構(gòu)空化氣泡發(fā)生器的試驗研究[J]. 田野,楊潤全,王懷法. 煤炭技術(shù). 2014(06)
[4]文丘里式氣泡發(fā)生器氣泡碎化特性研究[J]. 唐文偲,閻昌琪,孫立成,劉衛(wèi),李華. 原子能科學技術(shù). 2014(05)
[5]文丘里管反應(yīng)器空化泡的動力學特性[J]. 沈壯志,柳楠. 陜西師范大學學報(自然科學版). 2012(01)
[6]Dynamic behaviors of cavitation bubble for the steady cavitating flow[J]. Jun CAI,Xiulan HUAI and Xunfeng LIInstitute of Engineering Thermophysics,Chinese Academy of Sciences,P.O.Box 2706,Beijing 100190,China Professor. Journal of Thermal Science. 2009(04)
[7]氣泡發(fā)生器結(jié)構(gòu)性能的研究與進展[J]. 桂夏輝,劉炯天,曹亦俊,丁起鵬. 選煤技術(shù). 2009(02)
[8]文丘里管空化器內(nèi)空泡動力學特性的數(shù)值模擬[J]. 付勇,張曉冬. 化學工程與裝備. 2007(02)
本文編號：3084250
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