均勻豎直磁場作用下氣泡在導(dǎo)電流體中運(yùn)動(dòng)行為的數(shù)值模擬.pdf

1、以氣泡為分散相的氣液兩相流動(dòng)廣泛存在于能源、石油、動(dòng)力、化工等工業(yè)部門，以及核能、火箭、材料等技術(shù)領(lǐng)域之中。其中，氣泡在液態(tài)金屬及磁流體中的運(yùn)動(dòng)對(duì)冶金過程中注氣去除雜質(zhì)工藝、泡沫金屬的制造工藝等具有重要影響。隨著電磁流體力學(xué)的發(fā)展，電磁場技術(shù)逐漸被應(yīng)用于材料加工、冶金等行業(yè)。同樣，對(duì)于氣泡在液態(tài)金屬及磁流體等導(dǎo)電流體中的運(yùn)動(dòng)過程，施加外部磁場提供了一種非接觸式控制氣泡運(yùn)動(dòng)的途徑。因此，探究磁場作用下導(dǎo)電流體中氣泡的運(yùn)動(dòng)行為，對(duì)改進(jìn)實(shí)際工

2、業(yè)過程具有重要的理論指導(dǎo)意義。
　　本文運(yùn)用Fluent軟件數(shù)值模擬了氣泡在導(dǎo)電流體中的運(yùn)動(dòng)過程，分別計(jì)算了半徑為2mm~6mm（R*=0.2~0.6）的氣泡在0~0.4T（Ha=0~53.67）均勻豎直磁場作用下的單個(gè)氣泡上升變形過程、雙氣泡合并過程以及氣泡與自由表面接觸破裂過程。通過對(duì)無磁場及不同磁場強(qiáng)度下的氣泡速度、氣泡形貌、合并時(shí)間、破裂時(shí)刻、壓力場分布等的分析討論，得到以下結(jié)論：1.施加均勻豎直向上磁場后，洛倫茲力沿水平

3、方向壓縮氣泡，使得氣泡形貌沿豎直方向拉長。隨著磁場強(qiáng)度增強(qiáng)，氣泡拉伸更加明顯。2.單個(gè)氣泡在磁場作用下的上升變形過程中，對(duì)于表面張力作用較強(qiáng)的氣泡以及表面張力較弱的小尺寸（R*=0.2、0.3）氣泡，磁場對(duì)氣泡的上升過程呈現(xiàn)單一的抑制作用，且抑制作用隨磁場強(qiáng)度增大而增強(qiáng)。對(duì)于表面張力較小的大尺寸（R*=0.4、0.5、0.6）氣泡，弱磁場促進(jìn)氣泡上升；強(qiáng)磁場則抑制氣泡上升。而最大促進(jìn)點(diǎn)及促進(jìn)到抑制的轉(zhuǎn)折點(diǎn)隨氣泡尺寸的增大而后移。3.對(duì)于

4、雙氣泡在導(dǎo)電流體中的合并過程，在弱磁場條件下（Ha<20.12），洛倫茲力對(duì)小尺寸（R*=0.2、0.3）的雙氣泡合并過程為抑制作用；對(duì)大尺寸（R*=0.5、0.6）雙氣泡合并過程為促進(jìn)作用；R*=0.4的雙氣泡合并時(shí)間則出現(xiàn)波動(dòng)。當(dāng)磁場強(qiáng)度較強(qiáng)（Ha>20.12）時(shí)，對(duì)各尺寸的雙氣泡合并過程均為抑制作用。且磁場強(qiáng)度越強(qiáng)，抑制作用越明顯，氣泡越難以合并。4.對(duì)于氣泡與自由表面接觸并破裂的過程，發(fā)現(xiàn)施加磁場后，氣泡推動(dòng)自由表面凸起的高度升