《非牛頓流體中多泡聚並規律與傳質研究及三維數值模擬》是依託天津大學，由朱春英擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：非牛頓流體中多泡聚並規律與傳質研究及三維數值模擬
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：朱春英
- 依託單位：天津大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
針對不同排列方式噴嘴產生的多個氣泡，同時採用兩台高速攝像儀，分別從兩個相互垂直的角度對氣泡相互作用進行實時觀測和記錄，並對圖像進行數字處理，得到氣泡聚並的三維信息，建立氣泡臨界聚並距離模型。利用粒子圖像測速儀（PIV）對氣泡聚並過程其周圍三維流場進行實時測定，探索泡群上升過程中氣泡聚並的流場演化規律和氣泡聚並機理。利用超級計算機，採用VOF方法，基於對流擴散方程和非牛頓流體的流變模型，對非牛頓流體中複雜多泡系統的氣泡聚並及傳質行為進行三維數值模擬，提出氣泡聚並及傳質的耦合機理。利用顯微實時雷射全息干涉儀和動態四分幅雷射全息干涉儀測量氣泡聚並過程中周圍液相側近界面的濃度場及其變化，對傳質的數值模擬結果進行實驗驗證。
結題摘要
在典型的氣液接觸設備如鼓泡塔和生化反應器中，氣泡聚並、破裂和相互作用等行為影響設備的傳熱、傳質和化學反應速率。深入開展不同排列方式噴嘴產生的多個氣泡聚並規律及傳質的研究十分必要。 利用高速攝像儀研究了非牛頓流體中線上氣泡上升、聚並過程的速度演化規律以及最小聚並高度。基於牛頓第二定律和Schlichting的尾渦理論，提出了描述線上氣泡聚並過程跟隨氣泡上升速度的理論模型。通過改變噴嘴直徑、氣體流量以及CMC水溶液濃度，考察了氣泡尺寸、氣泡生成頻率和液相性質等因素對線上氣泡最小聚並高度的影響。在對氣泡受力分析的基礎上，提出了線上氣泡最小聚並高度的預測模型。 採用數值模擬方法對牛頓和非牛頓流體中多個氣泡的生成、上升、聚並、破裂等動力學行為以及氣液傳質行為進行了研究。兩個平行噴嘴生成氣泡的行為可分為三種流型：生成過程中氣泡發生聚並，氣泡交錯生成和氣泡平行生成，並得到了三種流型間的轉化線。研究了正三角形、菱形和正四邊形排列的多氣泡聚並和自由上升行為。結合聚並過程的流場結構分布，從液膜排乾、相對接觸速度和能量轉化等多角度分析了氣泡大小、間距、排列結構等因素對氣泡聚並過程的影響，並提出了臨界聚並距離預測式。通過模擬得到了平行氣泡上升及聚並過程其周圍的濃度場分布，並對濃度場結構及氣液間的傳質係數進行了分析。 採用鼓泡塔對Mg(OH)2/水漿料吸收SO2的傳質過程進行了實驗研究。考慮了湍流和氣泡界面對傳質的影響，基於表面更新理論，對氣體吸收過程建立了數學模型，並進行了解析求解。考察了氣相溶質分壓、氣相流率、氣液界面濃度、擴散係數和表面更新率等因素對氣液傳質增強因子的影響。
