12145.非牛頓流體中氣泡行為及其周圍流場特性研究

1、碩士學位論文非牛頓流體中氣泡行為及其周圍流場特性研究TheStudyofBubbleBehaviorsandAmbientFlowFieldinNonNewtonianFluid作者姓名：學科、專業(yè)：學號：指導完成教師：日期：大連理工大學DalianUniversityofTeclmology大連理工大學碩士學位論文摘要非牛頓流體中的氣泡運動行為廣泛存在于石油化工、環(huán)境保護、能源開發(fā)及利用等工程領域。由于非牛頓流體特殊的流變性質以及氣液

2、兩相之間相互作用的復雜性，對于非牛頓流體中的單氣泡生成、上升以及雙氣泡聚并行為的研究目前仍不夠完善。本文做了以下工作：(1)采用高速攝影技術以及數(shù)字圖像處理技術對去離子水和不同濃度CMC水溶液中單氣泡的生成及上升運動進行實驗研究，考察了單氣泡的形成過程，討論了氣泡上升過程當量直徑、運動軌跡及運動速度的變化規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)，單氣泡的形成過程可細分為三個階段。在去離子水及CMC水溶液中，氣泡的平均當量直徑、擺動幅度以及擺動的隨機性受噴嘴內(nèi)徑及

3、CMC水溶液濃度的影響較大。在去離子水中，氣泡先呈直線上升，當z28Illtil時，氣泡開始振蕩，呈螺旋形上升；而在CMC水溶液中，氣泡運動軌跡幾乎均呈直線。隨著CMC水溶液濃度的增加，進氣流量的降低，氣泡水平速度的波動及氣泡垂直速度逐漸減小。隨著噴嘴內(nèi)徑的增大，CMC水溶液中氣泡水平速度的波動變大，同時高濃度CMC水溶液中氣泡的垂直速度也隨之增大，但對低粘度溶液中運動氣泡的垂直速度的影響并不明顯。此外，建立了在一定無量綱參數(shù)數(shù)值范圍內(nèi)

4、，適用于去離子水與CMC水溶液中，氣泡的RP與We、Mo之間的函數(shù)關系式。(2)采用FLUENT軟件，基于流體體積法(VOF)對單氣泡生成及上升運動進行數(shù)值模擬，并與實驗結果進行對比分析，進而研究氣泡周圍液相場的特點。研究了單氣泡形成過程中氣泡及其周圍液相壓力場和速度場的分布規(guī)律，并重點對CMC水溶液中上升氣泡周圍液相速度場的影響因素進行討論分析。隨著CMC水溶液濃度的升高，氣泡周圍液體運動速度降低，氣泡的影響區(qū)減小；而隨著進氣流量及噴

5、嘴內(nèi)徑的增加，氣泡周圍液體速度增加，氣泡影響區(qū)域變寬變長。(3)采用高速攝影對平行雙氣泡的生長聚并過程進行實驗研究并與數(shù)值模擬結果對比。結果表明，雙氣泡的生長及聚并過程可分為四個階段。重點分析平行雙氣泡聚并前后氣泡縱橫比變化的影響因素。氣泡聚并之前，氣泡縱橫比會隨著進氣流量、噴嘴內(nèi)徑的增加而分別升高和降低。在較低氣量、較大噴嘴內(nèi)徑以及大噴嘴間距的情況下，平行雙氣泡較晚發(fā)生聚并。氣泡聚并之后，隨著進氣流量、噴嘴內(nèi)徑的增大及噴嘴間距的減小，