收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

非牛顿流体中气泡周围流场及浓度场的研究

朱春英  
【摘要】: 气泡周围动量和质量传递过程广泛存在于许多重要工业过程中,典型设备如固定床反应器、流化床反应器等,对其进行研究十分必要。目前,基于数学分析和实验结果,可以在很宽范围内对气泡向牛顿流体中的传质过程进行预测,而对化学、食品、聚合物工艺过程中广泛遇到的非牛顿流体中相类似情况的研究却非常少。因此,对非牛顿流体中气泡周围的动量和质量传递过程进行研究具有非常重要的意义。 采用显微激光全息干涉法分别对水和非牛顿流体(PAM水溶液)中固定气泡周围液相侧浓度分布进行了研究。通过图像采集系统对干涉条纹的变化进行实时记录,并通过数字图像处理技术对干涉条纹图进行处理,计算得到了传质达到稳态后液相侧浓度分布和近界面浓度。实验结果表明:随着PAM含量的增加,溶液的黏弹性增大,导致近界面浓度总体呈下降趋势,但下降幅度逐渐减小。与水中近界面浓度相比,相同条件下PAM水溶液中的近界面浓度小于水中的近界面浓度;而PAM水溶液的剪切稀化特性使得近界面浓度随液相主体流速的增大逐渐减小的趋势减慢。 采用粒子成像测速仪(PIV)对牛顿流体(甘油溶液)和非牛顿流体(PAM水溶液和CMC水溶液)中固定气泡及运动气泡周围的流场进行了测量。实验结果表明:甘油溶液的黏度抑制了气泡周围漩涡的形成;在泡尾区,随着距气泡中心距离的增大,y方向速度分量逐渐减小。而在PAM水溶液和CMC水溶液中,气泡周围存在漩涡结构,并且在泡尾区出现一个低速区。 以Navier-Stokes方程和对流扩散方程为基础,结合表面张力模型和渗透模型推导出非牛顿流体中气泡与周围液相间的动量和质量传递方程。通过VOF方法对气泡的生成过程和固定气泡的传质过程进行了模拟,模拟结果与实验结果吻合良好,验证了模型的正确性。在此基础上,对幂律型非牛顿流体(n1)中固定气泡和运动气泡周围的流场及浓度场进行了模拟。幂律指数n增大,固定气泡泡尾区的浓度分布区域减小。对于单个椭球形气泡的上升过程,变形率小于2,泡尾区浓度分布云图呈长尾形,而变形率大于2,泡尾区浓度分布云图分叉。在线气泡上升时,两个气泡在相互作用范围内,下面气泡受到上面气泡的影响,泡顶区浓度边界层被拉长,与上面气泡泡尾区浓度分布相连。两个气泡靠近过程中,上面气泡周围的漩涡结构逐渐消失,气泡中间的浓度分布区域变宽;随着聚并后气泡的变形,泡尾区的浓度分布区域两侧出现分叉;随着聚并后气泡的上升,其周围的浓度和速度分布逐渐趋近于单个气泡的上升过程。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 顾杰,匡翠萍;潮汐流动中污染物排放的一种远区计算模型[J];海洋工程;1996年01期
2 侯国祥,李旗,石仲坤,叶闽,邓联木;天然河流中污染物排放远区浓度分布的数值计算模型[J];水动力学研究与进展A辑;2000年01期
3 赵云,施明恒,王家骅;回流式燃烧室头部冷态浓度场实验研究[J];燃烧科学与技术;2001年04期
4 洪晓瑜,逄勇;黎曼近似解模型在太湖藻类浓度场求解中的应用[J];河海大学学报(自然科学版);2005年01期
5 匡江红;朱国庆;余斌;;隧道峒口污染物扩散控制方案的研究[J];计算力学学报;2005年06期
6 段 俐,康 琦,束继祖;微小晶体生长过程的光学诊断实验研究[J];力学学报;2002年03期
7 吴晋湘,张丽娟,刘立辉,贾云飞,苗青;室内可燃气体泄漏后浓度场变化的实验研究[J];消防科学与技术;2005年02期
8 刘坤,赵连刚,冯亮花;换向方式对蓄热式加热炉内温度场和浓度场的影响[J];冶金能源;2005年06期
9 张汉君;;静电除尘器内二维稳定浓度场的数值模拟[J];江西理工大学学报;1990年04期
10 梁东方,李玉梁,江春波,李云生;岛屿尾流近区浓度的分布特性[J];清华大学学报(自然科学版);2001年08期
11 刘坤,韩仁志,谢国威;蓄热式加热炉内温度场及浓度场的数值模拟[J];冶金能源;2005年02期
12 余斌,匡江红,徐正好,朱国庆,张志英;隧道峒口废气对流扩散的数值研究[J];上海理工大学学报;2005年04期
13 韩玉民;栗志;;非线性化学研究进展[J];湘潭师范学院学报(自然科学版);2008年03期
14 袁灿盛;胡晓萍;吴嘉;;圆环挡板振荡流反应器浓度场的数值模拟[J];化学反应工程与工艺;2008年05期
15 赵博宁;李健;;天然气预热温度对高温蓄热式加热炉内燃气流动影响的数值模拟研究[J];化学工程与装备;2010年08期
16 柳天磊;杜遥雪;;基于POLYFLOW的管道黏弹性流体流动数值模拟[J];五邑大学学报(自然科学版);2010年04期
17 刘应书;郑新港;李永龄;张辉;刘文海;;变压吸附空分制氧体系轴向流吸附床浓度分布研究[J];低温与特气;2011年01期
18 刘进达,赵迎昌,刘恩凯,王东升;中国大气降水稳定同位素时—空分布规律探讨[J];勘察科学技术;1997年03期
19 鞠硕华,周祖东;上侧送风—同侧下部回风洁净室的数值模拟[J];洁净与空调技术;2000年04期
20 侯国祥,郑文波,叶闽,翁立达;一种河流中突发污染事故的模拟模型[J];环境科学与技术;2003年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 宫辉力;赵文吉;张松梅;;基于GIS的浅层地下水硝酸盐氮浓度场数值仿真[A];中国地理学会2004年学术年会暨海峡两岸地理学术研讨会论文摘要集[C];2004年
2 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
3 尹晓霞;沈恒根;;旋转流改变圆管内颗粒浓度场分布的理论分析[A];全国暖通空调制冷2002年学术文集[C];2002年
4 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
5 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
6 龚光彩;陈可;马扬;;V型百叶窗过滤器内部气相压力场与颗粒相浓度场的数值模拟研究[A];全国暖通空调制冷2004年学术年会资料摘要集(2)[C];2004年
7 龚光彩;陈可;马扬;;V型百叶窗过滤器内部气相压力场与颗粒相浓度场的数值模拟研究[A];全国暖通空调制冷2004年学术年会资料摘要集(2)[C];2004年
8 龚光彩;陈可;马扬;;V型百叶窗过滤器内部气相压力场与颗粒相浓度场的数值模拟研究[A];全国暖通空调制冷2004年学术年会专题研讨会发表论文集[C];2004年
9 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
10 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
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 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
2 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
3 蔡兵;非牛顿流体纺丝拉伸流动[D];四川大学;2002年
4 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
5 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
6 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
7 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
8 姜韶堃;非牛顿流体中的气泡行为[D];天津大学;2007年
9 潘峰;车内可吸入颗粒物热运动分析[D];吉林大学;2009年
10 王晓玲;精馏塔板上流体三维流场及传质的模拟[D];天津大学;2003年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李荣辉;基于PIV技术的射流浓度场扩散试验研究[D];河海大学;2005年
2 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
3 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
4 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
5 向文英;啊哈水库水环境预测分析[D];重庆大学;2001年
6 叶肖伟;电场、渗流场和浓度场耦合作用下污染物在粘土中的迁移机理研究[D];浙江大学;2005年
7 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
8 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
9 李茜;地下车库无风管诱导通风系统数值模拟研究[D];西南交通大学;2005年
10 刘长威;工业过程大气污染物扩散的数值模拟[D];西安建筑科技大学;2003年
中国重要报纸全文数据库 前9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
5 上海交通大学 潘健生;材料热处理过程的数值模拟[N];科技日报;2002年
6 张梁;汽车排放后处理系统计算机模拟技术填补国内空白[N];大众科技报;2004年
7 张梁;天津汽车排放后处理系统计算机模拟技术研制成功[N];中国高新技术产业导报;2004年
8 小申;蓄热燃烧器在现代熔铝炉上的应用[N];中国有色金属报;2005年
9 上海师范大学食品添加剂和配料研究所 胡国华;三氯蔗糖的安全性和高效性(下)[N];中国食品质量报;2010年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978