均勻豎直磁場作用下氣泡在導電流體中運動行為的數(shù)值模擬.pdf

1、以氣泡為分散相的氣液兩相流動廣泛存在于能源、石油、動力、化工等工業(yè)部門，以及核能、火箭、材料等技術(shù)領域之中。其中，氣泡在液態(tài)金屬及磁流體中的運動對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。隨著電磁流體力學的發(fā)展，電磁場技術(shù)逐漸被應用于材料加工、冶金等行業(yè)。同樣，對于氣泡在液態(tài)金屬及磁流體等導電流體中的運動過程，施加外部磁場提供了一種非接觸式控制氣泡運動的途徑。因此，探究磁場作用下導電流體中氣泡的運動行為，對改進實際工

2、業(yè)過程具有重要的理論指導意義。
　　本文運用Fluent軟件數(shù)值模擬了氣泡在導電流體中的運動過程，分別計算了半徑為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。通過對無磁場及不同磁場強度下的氣泡速度、氣泡形貌、合并時間、破裂時刻、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。隨著磁場強度增強，氣泡拉伸更加明顯。2.單個氣泡在磁場作用下的上升變形過程中，對于表面張力作用較強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度增大而增強。對于表面張力較小的大尺寸（R*=0.4、0.5、0.6）氣泡，弱磁場促進氣泡上升；強磁場則抑制氣泡上升。而最大促進點及促進到抑制的轉(zhuǎn)折點隨氣泡尺寸的增大而后移。3.對于

4、雙氣泡在導電流體中的合并過程，在弱磁場條件下（Ha<20.12），洛倫茲力對小尺寸（R*=0.2、0.3）的雙氣泡合并過程為抑制作用；對大尺寸（R*=0.5、0.6）雙氣泡合并過程為促進作用；R*=0.4的雙氣泡合并時間則出現(xiàn)波動。當磁場強度較強（Ha>20.12）時，對各尺寸的雙氣泡合并過程均為抑制作用。且磁場強度越強，抑制作用越明顯，氣泡越難以合并。4.對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，氣泡推動自由表面凸起的高度升