非牛頓流體中多氣泡相互作用、聚并與破裂過程的數(shù)值模擬.pdf

1、在鼓泡塔和生化反應器等典型的氣液接觸設備中，氣泡的相互作用、聚并及破裂行為能顯著改變氣泡的尺寸分布和氣-液兩相接觸面積，從而影響設備的熱質傳遞性能和化學反應速率。目前，對于非牛頓流體中多氣泡聚并和相互作用機理的認識還遠不深入。本文對不同排列形式的多氣泡在非牛頓流體中的動力學行為進行了數(shù)值模擬研究，以期為相關氣液接觸設備的設計與優(yōu)化提供理論指導。
　　采用2-D和3-D VOF（Volume of fluid）方法模擬了不同排列形式

2、的多氣泡聚并和自由上升過程，其中采用冪律模型和連續(xù)表面張力模型描述冪律流體的流變性質和表面張力，通過網(wǎng)格獨立性檢驗得到最優(yōu)的網(wǎng)格大小，并通過實驗驗證確定了計算方法的準確性和有效性。
　　采用2-D VOF方法研究了平行排列的二、三和四個水平氣泡的聚并過程和自由上升行為?？疾炝藲馀莩跏即笮　⒊跏奸g距和非牛頓流體的流變性質對氣泡水平聚并和破裂過程的影響。采用無因次準數(shù)Reynolds數(shù)和E?tv?s數(shù)系統(tǒng)研究了氣泡聚并和破裂行為的不同

3、流型。通過模擬得出了氣泡能夠發(fā)生聚并的最大初始間距即臨界聚并距離，臨界聚并距離隨氣泡直徑和流動指數(shù)的增大而減小。當氣泡間距大于臨界聚并距離時，考察了氣泡初始大小、初始間距和非牛頓流體的流變性質對多氣泡自由上升過程的影響，研究發(fā)現(xiàn)氣泡上升軌跡和氣泡間距變化取決于不同形狀氣泡的流場結構。
　　采用3-D VOF方法研究了正三角形、菱形和正四邊形排列的多氣泡聚并過程和自由上升行為。結合聚并過程的流場結構分布，從液膜排干、相對接觸速度和能

4、量轉化等多角度分析了各因素對氣泡聚并過程的影響，探討了多氣泡聚并和破裂行為機理?？疾炝藲馀葜睆?、流變性質和氣泡排列結構對臨界聚并距離的影響。當氣泡初始間距為臨界聚并距離時，得到了不同排列結構多氣泡發(fā)生聚并時的水平接觸速度和豎直上升速度，接觸速度與氣泡大小和流變性質密切相關，而氣泡聚并過程中豎直上升速度有驟降現(xiàn)象。系統(tǒng)考察了氣泡排列結構、氣泡大小、初始間距和非牛頓流體流變性質對多氣泡自由上升相互作用的影響?；谝耗づ鸥衫碚?，結合氣泡聚并過