剪切稠化流體是一種典型的非牛頓流體,研究氣泡在其中的運(yùn)動(dòng)特性對(duì)優(yōu)化設(shè)備結(jié)構(gòu)、提高反應(yīng)效率具有重要意義。文中采用流體體積（VOF）法,通過改變Gallilei數(shù)（Ga）、E?tv?s數(shù)（Eo）與流變指數(shù)（n）,對(duì)牛頓流體（n=1）及剪切稠化流體（n>1）內(nèi)氣泡的形狀、尾渦、終端速度和氣泡周圍液相黏度分布的變化進(jìn)行了深入的數(shù)值研究。結(jié)果表明:氣泡變形程度和尾渦尺寸隨著Ga數(shù)或Eo數(shù)的增大而增加;剪切稠化效應(yīng)會(huì)阻礙尾渦的形成,減小氣泡的尾渦尺寸;氣泡周圍剪切速率的差異會(huì)導(dǎo)致氣泡上方及尾部產(chǎn)生高黏度區(qū)域,該高黏度區(qū)域會(huì)隨剪切稠化效應(yīng)的增加而增大;氣泡終端速度隨Ga數(shù)的增大或流變指數(shù)n,Eo數(shù)的減小而增大。 

【文章來源】：化學(xué)工程. 2019,47(11)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

計(jì)算區(qū)域Fig．1Calculationarea

?計(jì)算時(shí)間的變化曲線;圖3給出了時(shí)間步長為0．00025s(Step1)、0．0005s(Step2)，0．001s(Step3)，0．002s(Step4)下氣泡的中心高度。網(wǎng)格無關(guān)性驗(yàn)證時(shí)對(duì)應(yīng)的物理參數(shù)分別為:Ga=12，Eo=200，n=1．2，μ0=0．12Pa·s，ρr=0．001，ρL=1000kg/m3，μr=0．01。根據(jù)陸敏杰和龐明軍［14］所使用過的方法分別對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行量綱一化處理與網(wǎng)格體系選擇，最終選用的是尺寸為0．2mm(Grid2)的網(wǎng)格體系與0．0005s(Step1)的時(shí)間步長進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。圖23種網(wǎng)格下氣泡中心高度與時(shí)間的關(guān)系Fig．2Ｒelationbetweenbubblecenterheightandtimeunderthreekindsofgrids圖34種時(shí)間步長下氣泡中心高度與時(shí)間的關(guān)系Fig．3Ｒelationbetweenbubblecenterheightandtimeunderfourtimesteps3．2結(jié)果準(zhǔn)確性驗(yàn)證為了驗(yàn)證結(jié)果的準(zhǔn)確性，將模擬得到的Ｒe數(shù)與Bhaga等［8］的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。如表2所示，結(jié)果基本一致，兩者相差不到10%。以上充分說明了此次模擬計(jì)算的結(jié)果是可靠的。表2模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的雷諾數(shù)Ｒe對(duì)比Table2ComparisonofsimulationresultswithＲeynoldsnumberofexperimentaldataEoGaＲe［8］(實(shí)驗(yàn))Ｒe(本文)誤差Δ/%24315．3237．778．4278．4633930．97218．318．190．664149．85230．328．2476．784模擬結(jié)果分析與討論4．1氣泡變形氣泡的變形主要取決于表面張力和黏性力，兩者雖然都能阻止氣泡發(fā)生變形，但作用機(jī)理卻各不相同。因此，分別對(duì)2種工況進(jìn)行分析。如圖4和圖5所示，隨著Eo數(shù)、Ga數(shù)的增大或流變指數(shù)n的減小，氣泡由圓形逐漸變成橢球形，或由橢球形逐漸變成扁平，甚至逐漸出現(xiàn)裙邊(如圖4中n≤

p3)，0．002s(Step4)下氣泡的中心高度。網(wǎng)格無關(guān)性驗(yàn)證時(shí)對(duì)應(yīng)的物理參數(shù)分別為:Ga=12，Eo=200，n=1．2，μ0=0．12Pa·s，ρr=0．001，ρL=1000kg/m3，μr=0．01。根據(jù)陸敏杰和龐明軍［14］所使用過的方法分別對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行量綱一化處理與網(wǎng)格體系選擇，最終選用的是尺寸為0．2mm(Grid2)的網(wǎng)格體系與0．0005s(Step1)的時(shí)間步長進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。圖23種網(wǎng)格下氣泡中心高度與時(shí)間的關(guān)系Fig．2Ｒelationbetweenbubblecenterheightandtimeunderthreekindsofgrids圖34種時(shí)間步長下氣泡中心高度與時(shí)間的關(guān)系Fig．3Ｒelationbetweenbubblecenterheightandtimeunderfourtimesteps3．2結(jié)果準(zhǔn)確性驗(yàn)證為了驗(yàn)證結(jié)果的準(zhǔn)確性，將模擬得到的Ｒe數(shù)與Bhaga等［8］的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。如表2所示，結(jié)果基本一致，兩者相差不到10%。以上充分說明了此次模擬計(jì)算的結(jié)果是可靠的。表2模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的雷諾數(shù)Ｒe對(duì)比Table2ComparisonofsimulationresultswithＲeynoldsnumberofexperimentaldataEoGaＲe［8］(實(shí)驗(yàn))Ｒe(本文)誤差Δ/%24315．3237．778．4278．4633930．97218．318．190．664149．85230．328．2476．784模擬結(jié)果分析與討論4．1氣泡變形氣泡的變形主要取決于表面張力和黏性力，兩者雖然都能阻止氣泡發(fā)生變形，但作用機(jī)理卻各不相同。因此，分別對(duì)2種工況進(jìn)行分析。如圖4和圖5所示，隨著Eo數(shù)、Ga數(shù)的增大或流變指數(shù)n的減小，氣泡由圓形逐漸變成橢球形，或由橢球形逐漸變成扁平，甚至逐漸出現(xiàn)裙邊(如圖4中n≤1．4、Eo≥200時(shí)，如圖5中n≤1．4、Ga≥6時(shí))。產(chǎn)生該現(xiàn)象的原因可解釋如下:隨著氣泡的上浮，其頂部和底部壓?

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]靜止冪律流體中氣泡上升運(yùn)動(dòng)特性的數(shù)值研究[J]. 陸敏杰,龐明軍.  工程熱物理學(xué)報(bào). 2018(11)
[2]非牛頓流體中單氣泡生成的激光影像測量[J]. 范文元,姜韶堃,朱春英,馬友光,李懷志.  光電子.激光. 2008(03)

碩士論文
[1]單孔氣泡動(dòng)力學(xué)行為的VOF數(shù)值模擬[D]. 馬斗.天津大學(xué) 2009



本文編號(hào)：3615145