收藏本站
《天津大学》 2009年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

非牛顿流体中的气泡行为及周围流场的研究

范文元  
【摘要】: 非牛顿流体中的气泡行为在诸如废水处理、石油加工、发酵、聚合物脱挥、有机合成、沸腾以及环保等许多工业过程中发挥着重要作用。充分了解单气泡及多气泡生成及上升行为对于提高实际气液接触设备效率以及深入理解非牛顿流体中气液两相流复杂机理都具有重要意义。本文研究了非牛顿流体中单气泡及平行气泡的生成和上升特性,具体包括以下几方面: 采用激光影像技术对羧甲基纤维素(CMC)及甘油溶液中单气泡生成进行了实验研究,结果表明,气泡生成的第一阶段呈球形膨胀,而在第二阶段气泡颈部被明显拉长,与甘油溶液相比,CMC溶液中气泡形状较―瘦‖。此外还分别讨论了溶液浓度、气室体积及喷嘴直径对气泡分离体积的影响。 利用自建的气泡速度测试装置分别对聚丙烯酰胺(PAM)及CMC溶液中单气泡上升运动进行了研究,结果显示,稳定上升时气泡形状随着Re数和Eo数的增加逐渐变扁,CMC中的气泡几乎成直线上升,而在PAM中则出现―Z‖形摇摆上升。考察了终极速度影响因素;基于Buckinghamπ定理对气泡上升中流体物理性质和气泡特征参数进行了无因次分析,得到了可用于非牛顿流体的CD关联式,与传统预测方程相比,该方程能与实验值更好的吻合。 采用激光多普勒测速仪(LDV)对CMC溶液中单气泡连续上升过程的周围速度场进了测定,结果显示,液相轴向和径向时均速度分别随测量高度及测量水平位置呈规律性变化。统计分析发现,气泡生成区域的液相扰动比上升区域更加剧烈。采用傅立叶变换、混沌方法及分形理论对液相瞬时速度时间序列研究表明,功率谱图中特征峰均反映出低粘度时较低位置的气泡通道中心液相呈周期性运动规律,相图、最大Lyapunov指数及关联维数计算结果表明,气泡周围液相运动呈混沌运动,R/S分析表明,气泡周围液相运动具有明显的双分形特征,随着延迟时间增加,正持久性动力学制约因素逐渐减弱。 利用平行气泡生成装置测定了常流率下CMC及甘油溶液中平行气泡的生成过程,结果表明,在扩张阶段,甘油溶液中气泡因其表面张力较小(容易铺展),因而与喷嘴接触面积相对较大,初始形状呈扁平状;在拉伸阶段,在气泡间相互作用及浮力的共同作用下平行气泡上部分呈半球状并向各自方偏移,而颈部被相连的喷嘴有所拉长;在分离阶段,两气泡相背移动并恢复自由表面状态。此外,还考察了平行气泡分离体积的影响因素。 利用粒子影像测速仪(PIV)对牛顿流体及不同类型非牛顿流体中平行气泡稳定上升时周围速度场及变化进行了测定,结果显示,随气体流率增加,牛顿流体中平行气泡相互靠近并碰撞,最终导致周围流速显著增加,而非牛顿流体中气泡间距离只有小幅减小,其周围液体流速增加较小;由于剪切应力的生成及松弛动力学竞争结果差异,喷嘴直径对气泡周围流场影响则因非牛顿流体的类型而异;气泡间相互作用随着喷嘴距离增加从相互排斥逐渐减弱直到消失;由于非牛顿流体剪切稀化效应,气泡间作用随两气泡中心连线与垂线间夹角的减小逐渐从相互排斥转为相互吸引。 结合流体体积(VOF)方法和连续表面张力(CSF)方法,着重考虑非牛顿流体的流变特性,对两平行气泡在非牛顿流体中上升过程进行数值模拟,结果表明,该法可捕捉非常锐利的高分辨气泡表面形状,无论对于时间还是气泡形状和位置,模拟结果与实验结果均吻合良好。分别考察了气泡初始间距、初始位置、初始直径及溶液浓度对平行气泡上升过程影响,同时将牛顿及非牛顿流体中的平行气泡和在线气泡上升过程进行了对比研究。
【学位授予单位】:天津大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:O373

手机知网App
【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 董海波;离心式分子蒸馏精制L-乳酸及蒸发液膜流场的CFD模拟[D];天津大学;2010年
2 马强武;孔隙率对膜吸收传质行为的影响[D];北京化工大学;2013年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前6条
1 张慧生;气泡和液滴在上升或下降时大变形的数值模拟[J];空气动力学学报;1994年01期
2 李彦鹏;张乾隆;白博峰;;竖直通道内相邻气泡对上升的直接数值模拟[J];热能动力工程;2007年04期
3 杨荔;;超声波多普勒流量计[J];水利水文自动化;1990年01期
4 沈熊;;蓬勃发展的激光测速技术——第三届激光测速在流体力学中应用国际讨论会述评[J];实验力学;1987年02期
5 郭小阳,刘崇建,马思平;非牛顿液体流变模式的研究[J];天然气工业;1997年04期
6 曹王剑,裴亚光株洲冶炼厂计控室工作;多普勒超声波流量计应用浅析[J];自动化与仪表;1997年06期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 张淑君;气泡动力学特性的三维数值模拟研究[D];河海大学;2006年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 杨奕;王娟;;激光外差信号检测电路设计[J];安徽电气工程职业技术学院学报;2010年03期
2 黄金彪,骆志强,冯耀兰,童勤义;用表面微机械加工技术制成的流速传感器[J];半导体学报;1993年07期
3 聂毅强,包雨云,施力田;改进PIV技术在测量搅拌槽内流场中的应用[J];北京化工大学学报(自然科学版);2002年01期
4 朱友益,张强,王化军,阎德中,李彦;PDA测试浮选柱液-气两相流中气泡的流速分布[J];北京科技大学学报;1999年02期
5 王海民;马建敏;张文;;牛血清蛋白膜的黏弹特性研究[J];北京生物医学工程;2007年04期
6 龚志军,武文斐,赵增武,李义科,任雁秋,李林风;利用PIV技术研究搅拌槽内的流动特性[J];包头钢铁学院学报;2005年02期
7 孙程博;赵蕾;黄蓓青;魏先福;;UV胶印油墨的制备及其触变性的研究[J];包装工程;2006年05期
8 陈景华;邓开发;郝发义;;热转印油墨流变学性能及对印刷适性的影响[J];包装工程;2010年09期
9 陈景华;邓开发;郝发义;;热转印油墨的制备及其流变学特性研究[J];包装工程;2010年13期
10 田于逵,江宏;利用热线风速仪在风洞中研究舰艇尾部流动特性[J];船舶力学;1998年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 胡永乐;陈子辰;王文;金飞华;蒋诚志;;基于激光多普勒效应的爆炸容器动态径向变形测量技术[A];第九届全国振动理论及应用学术会议论文集[C];2007年
2 邢园丁;彭映成;赵新华;程萍;;激光测量技术在结构动态运动参数计量校准中的应用[A];第九届全国冲击动力学学术会议论文集(下册)[C];2009年
3 金飞华;胡永乐;樊兴明;蒋诚志;;激光多普勒位移测量技术及其在爆炸容器径向变形测量中的应用[A];第四届全国爆炸力学实验技术学术会议论文集[C];2006年
4 韩式方;;各向异性粘弹流体小振幅振荡旋转流动[A];四川省力学学会2008年学术大会论文集[C];2008年
5 吴虎彪;邹志军;黄晨;王非;李浩;王重超;;毕托管测定管道中风速的阻塞修正研究[A];上海市制冷学会2009年学术年会论文集[C];2009年
6 郑永军;郭斌;孙斌;梁国伟;;车用智能热式空气质量流量计的设计[A];2008中国仪器仪表与测控技术进展大会论文集(Ⅰ)[C];2008年
7 魏先福;赵雪辉;黄蓓青;赵蕾;;丙烯酸酯单体结构对UV油墨流变性影响的研究[A];2005年中国科协学术年会论文集第8分会场光固化与数字成像技术及其应用论文集[C];2005年
8 金永丽;龚治军;王波;赵增武;;PIV用于板坯连铸结晶器流场的实验研究[A];第十二届冶金反应工程学术会议论文集[C];2008年
9 贾晓雪;黄蓓青;魏先福;杨磊;;预聚物对UV无水胶印光盘油墨流变学性能的影响[A];第十三届全国包装工程学术会议论文集[C];2010年
10 王春勇;王雪珍;宋旸;李振华;;用于落速测量的激光雷达电视跟踪系统[A];2007年先进激光技术发展与应用研讨会论文集[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 姚闽娜;魔芋葡甘聚糖结构与其稳定性研究[D];福建农林大学;2010年
2 冯斌;液压油有效体积弹性模量及测量装置的研究[D];浙江大学;2011年
3 俞路;絮凝酵母在悬浮床反应器流变与流动行为研究[D];大连理工大学;2011年
4 王春生;黏弹性流体驱替残余油的微观机理研究[D];东北石油大学;2011年
5 杜红霞;水力式流浆箱内浆料流动的数值模拟和试验研究[D];浙江大学;2010年
6 唐春晓;基于多光谱成像的数字粒子图像测速技术研究[D];天津大学;2010年
7 陈炜;气液界面Rayleigh-Bénard-Marangoni对流现象实验测量及传质研究[D];天津大学;2010年
8 周健;用于车载自主导航激光多普勒测速仪的初步研究[D];国防科学技术大学;2010年
9 王红一;水中气泡图像处理方法及运动特性研究[D];天津大学;2011年
10 杨铎;聚合物熔体表面效应与平板微器件的注塑成型研究[D];大连理工大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 徐建伟;自然平衡流道中剪切诱导非平衡流动的CAE分析[D];郑州大学;2010年
2 金翼飞;聚合物微挤出流变学理论与试验研究[D];大连理工大学;2010年
3 闫未丹;栅缝元件上粘弹性流体降膜流动研究[D];华东理工大学;2011年
4 胡建国;玉米秸秆悬浮液流变性能及其对螺带搅拌桨混合特性的影响[D];华东理工大学;2011年
5 唐美芳;可再生低聚羧甲基瓜胶凝胶体系及其流变特性研究[D];华东理工大学;2011年
6 卢晶;高酰基结冷胶的特性及其对果粒酸性乳饮料体系的影响[D];浙江工商大学;2011年
7 赵金余;光刻机浸没单元的流场检测与结构优化[D];浙江大学;2011年
8 王莉莉;印花糊料粘弹性行为及印制性能的研究[D];东华大学;2010年
9 张小彦;新型推力式流速传感器测量原理与结构设计的研究[D];太原理工大学;2011年
10 王建伟;乙氧氟草醚悬浮剂及其触变稳定性研究[D];山东农业大学;2011年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 高坚;张泽廷;任钟旗;张卫东;;膜微孔形态对静态膜吸收的影响[J];北京化工大学学报(自然科学版);2006年05期
2 许志杰;毛多斌;郭晓东;陈永森;甘学文;;分子蒸馏技术的应用研究进展[J];包装与食品机械;2007年01期
3 陈晓红;;碘量法测定葡萄糖含量微型实验研究[J];光谱实验室;2006年06期
4 戴猷元,王秀丽,汪家鼎;膜萃取过程的传质特性研究[J];高校化学工程学报;1991年02期
5 许松林,郑弢,徐世民;精制L-乳酸的分子蒸馏工艺研究[J];高校化学工程学报;2004年02期
6 曾远平;刘耘;杨继国;;鱼油中EPA和DHA的富集方法及研究进展[J];现代食品科技;2006年01期
7 穆守元;国内外乳酸及其衍生品的应用和市场前景[J];化工技术经济;2001年03期
8 白石;林文;刘芸;王志祥;;分子蒸馏技术及其应用[J];化工时刊;2007年04期
9 王军武,许松林,徐世民,干爱华;分子蒸馏技术的应用现状[J];化工进展;2002年07期
10 王甲卫;郭小雷;李政;谭天伟;;分子蒸馏法分离发酵液中的乳酸[J];化工进展;2007年11期
中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 李江;膜吸收过程传质强化研究[D];北京化工大学;2010年
2 高坚;膜吸收过程传质性能的研究[D];北京化工大学;2006年
3 饶华新;新型中空纤维膜式人工肺的设计与研究[D];暨南大学;2008年
4 陈庚;膜吸收过程传质行为的模型化研究[D];北京化工大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前6条
1 郝欣;孔隙率对多孔膜气体吸收过程传质性能影响的研究[D];北京化工大学;2004年
2 向爱双;刮膜式分子蒸馏精制3-羟基丙腈及其蒸发液膜流场的CFD模拟[D];天津大学;2004年
3 游伟;膜吸收过程孔隙率对传质性能的影响及非理想流动模型化研究[D];北京化工大学;2007年
4 穆卫军;米根霉3.242发酵玉米淀粉制L-(+)-乳酸的研究[D];天津大学;2007年
5 马斗;单孔气泡动力学行为的VOF数值模拟[D];天津大学;2009年
6 马宏勇;不同吸收剂粘度下孔隙率对膜吸收过程近膜壁面处溶质传质行为的影响[D];北京化工大学;2012年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前5条
1 张慧生;气泡和液滴在上升或下降时大变形的数值模拟[J];空气动力学学报;1994年01期
2 刘小兵,程良骏;空泡在任意流场中的运动研究[J];水动力学研究与进展(A辑);1994年02期
3 李彦鹏;白博峰;;气泡从浸没孔中生成与上升的数值模拟[J];水动力学研究与进展(A辑);2006年05期
4 黄逸仁;适用于钻井液的罗伯逊—斯蒂夫模式[J];西南石油学院学报;1982年02期
5 曹王剑,杨建鄂;楔型流量计及其在我厂的应用[J];冶金自动化;1994年06期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 谢元彦;杨海林;阮建明;;流变学的研究及其应用[J];粉末冶金材料科学与工程;2010年01期
2 林晓辉,孙穆;滑动轴承非牛顿流体动力润滑的有限元数值分析[J];水动力学研究与进展A辑;1991年03期
3 张林仙;利用旋转粘度计测量非牛顿流体的流变特性[J];黄石高等专科学校学报;2003年02期
4 吴珞;刘辉昭;王宗尧;;外区域上非牛顿流体方程解的存在性[J];华东理工大学学报(自然科学版);2006年09期
5 张道祥;施吕蓉;;应力偶流体的精确解[J];力学季刊;2010年02期
6 孙洪全;韩纪庆;;基于粒子的非牛顿流体模拟统一模型[J];哈尔滨工业大学学报;2010年07期
7 葛雄;张根广;王华伟;颜婷;;流体层流流速分布曲线示踪液体配制[J];科技创新导报;2011年14期
8 黄沐辉,张涤明;非牛顿流体雾化力学机理研究[J];力学学报;1991年05期
9 刘振宇,翟云芳,卓兴家,刘洋;非牛顿流体在多孔介质中的非稳态流动[J];大庆石油学院学报;1995年04期
10 凌志英,梁基照;非牛顿流体入口收敛流动的数学模型分析[J];华南理工大学学报(自然科学版);1996年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 祝连庆;董明利;;非牛顿流体流变学特性测试系统[A];中国仪器仪表学会第三届青年学术会议论文集(上)[C];2001年
2 韩式方;;非牛顿流体力学研究和应用进展若干方面[A];中国力学学会学术大会'2005论文摘要集(上)[C];2005年
3 张和豪;王进军;华东耘;;考虑表面任意方向粗糙度的线接触弹性流体动力润滑 笫三部分 非牛顿流体两维粗糙表面弹性流体动力润滑[A];摩擦学第四届全国学术交流会论文集(第一册)[C];1987年
4 丁鹏;闫相祯;;非牛顿流体力学简介及发展[A];第二届全国力学史与方法论学术研讨会论文集[C];2005年
5 周高领;陈斌;;T型管中血液流动的非牛顿流体数值模拟[A];第九届全国生物力学学术会议论文汇编[C];2009年
6 王松浩;华东耘;张和豪;;非牛顿流体纯滚动线接触弹流完全数值解[A];摩擦学第四届全国学术交流会论文集(第一册)[C];1987年
7 王盛章;陈家亮;鲁刚;张晓龙;;具有病人特异性的脑动脉瘤非牛顿流体血流动力学研究[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年
8 胡澍;;在多孔介质中非牛顿流体的流动特性[A];1993年中国地球物理学会第九届学术年会论文集[C];1993年
9 王树立;石兆东;丁云辉;;掺水稠油流变性研究[A];第十七届全国水动力学研讨会暨第六届全国水动力学学术会议文集[C];2003年
10 杨新铁;赵双任;陈建铎;;麦克斯韦尔方程和连续介质方程的相似性[A];“力学2000”学术大会论文集[C];2000年
中国重要报纸全文数据库 前4条
1 杨菊芳;实验室里藏不住的秘密[N];北京日报;2010年
2 朱汉生;知识铁人王德民[N];人民日报海外版;2001年
3 记者 叶文峰;中国石化获国家科技进步一等奖[N];中国石化报;2010年
4 宋维平;润滑油测试技术的重要突破[N];中国石化报;2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 范文元;非牛顿流体中的气泡行为及周围流场的研究[D];天津大学;2009年
2 李少白;非牛顿流体中气泡运动及传质的研究[D];天津大学;2011年
3 刘全生;微管道中非牛顿流体的电渗流动[D];内蒙古大学;2013年
4 朱春英;非牛顿流体中气泡周围流场及浓度场的研究[D];天津大学;2010年
5 蔡兵;非牛顿流体纺丝拉伸流动[D];四川大学;2002年
6 孙茂盛;泡沫流体冲砂洗井数值模拟研究及应用[D];中国石油大学;2007年
7 李勇;海上氮气泡沫注入系统研究与应用[D];中国石油大学;2008年
8 张绍东;乳化泡沫高压喷射冲砂解堵理论研究及应用[D];中国石油大学;2007年
9 王海民;非牛顿流体中蛋白质气泡有限变形的动力学特性研究[D];复旦大学;2008年
10 姜韶堃;非牛顿流体中的气泡行为[D];天津大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 赵伟伟;非牛顿多方渗流方程解的行为研究[D];中国海洋大学;2011年
2 李廉;基于非牛顿流体的齿轮热弹流润滑[D];太原理工大学;2003年
3 李国平;二维方腔内非牛顿流体的格子Boltzmann模拟[D];华中科技大学;2010年
4 丛海峰;搅拌槽内非牛顿流体的微观混合特性[D];北京化工大学;2005年
5 马倩;非牛顿流体在环管中流动与换热特性的数值研究[D];南京理工大学;2007年
6 陈必盛;高压喷射注浆在软土地基处理中的应用研究[D];中南大学;2005年
7 冯桂萍;基于齿面粗糙度的齿轮传动热弹流润滑研究[D];太原理工大学;2005年
8 李朝峰;基于多重网格技术的线接触热弹流润滑数值分析[D];太原理工大学;2005年
9 李永华;分形多孔介质中非牛顿流体的渗透率研究[D];华中科技大学;2007年
10 李娟;不同流态的顶替效率的数值模拟研究[D];中国石油大学;2009年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026