格子Boltzmann方法氣泡泵提升管內(nèi)氣泡運(yùn)動行為研究.pdf

1、在無泵溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)中，采用氣泡泵替代傳統(tǒng)的機(jī)械泵，不僅能減少對高品位能源的依賴，而且可以避免機(jī)械泵受工質(zhì)的腐蝕性影響，從而提高了整個制冷系統(tǒng)的可靠性。氣泡泵提升管內(nèi)兩相流的運(yùn)動過程，流型間的轉(zhuǎn)換，會對氣泡泵的提升性能有很大影響。
　　本文使用高速攝像機(jī)拍攝了以不同濃度溴化鋰水溶液為工質(zhì)的兩級氣泡泵吸收式制冷實(shí)驗臺中一級提升管內(nèi)兩相流流型，在濃度為57.5％的溴化鋰溶液中發(fā)現(xiàn)了氣泡流、彈狀流、段塞流、攪動流、環(huán)狀流和彈環(huán)狀流

2、。在濃度為53％，45％的溴化鋰溶液氣泡泵實(shí)驗中，發(fā)現(xiàn)了氣泡流、段塞流、攪動流和環(huán)狀流。對不同流型下的液體流速進(jìn)行測算，攪動流時，液體流速最高，其次為段塞流和彈狀流，環(huán)狀流時，液體上升速度最低。
　　實(shí)驗數(shù)據(jù)對比發(fā)現(xiàn)，同樣流型條件下，低濃度溴化鋰溶液流速比高濃度溶液流速高。計算求得高壓發(fā)生器的產(chǎn)氣率與提升溶液的質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)溴化鋰溶液起始濃度越高，系統(tǒng)的產(chǎn)氣率越小，提升的溶液量也越多。在不同流型中，彈狀流的提升量最大，段塞流其次，環(huán)狀

3、流最小。驗證了彈狀流的提升效率最好，但環(huán)狀流上升后的溶液濃縮程度最高，約達(dá)到3％。
　　通過改進(jìn)分布函數(shù)、序參數(shù)格式、有限差分格式、壓力迭代格式、強(qiáng)制性邊界條件等方法，將格子玻爾茲曼大密度比自由能模型進(jìn)行改進(jìn)，并結(jié)合實(shí)驗條件和工質(zhì)物性，對密度比為2778的管內(nèi)溴化鋰溶液中氣泡運(yùn)動行為進(jìn)行研究。為驗證模型的正確性，首先對單氣泡上升運(yùn)動和雙氣泡融合過程進(jìn)行了模擬，模擬結(jié)果與實(shí)驗中高速攝像機(jī)捕捉的氣泡運(yùn)動形態(tài)相一致，并分析了其運(yùn)動過程中

4、的速度場，討論了氣泡大小對氣泡上升速度的影響。
　　應(yīng)用改進(jìn)的格子玻爾茲曼自由能模型，對大密度比的溴化鋰溶液中不同初始位置和不同大小的雙氣泡運(yùn)動進(jìn)行模擬，獲得其密度場與速度矢量分布及運(yùn)動規(guī)律:大小相同，水平距離一定的雙氣泡在上升過程中出現(xiàn)先靠近再分離的兩個階段，與初始相對高度無關(guān);大小不同的兩氣泡在上升過程中可能發(fā)生融合或分離，主要取決于小氣泡靠近大氣泡時所在大氣泡尾跡區(qū)的位置。若大小氣泡融合，則融合后的氣泡速度減小。研究了并排多

5、氣泡的上升過程和聚并行為，給出了溴化鋰溶液中水蒸氣并排雙氣泡、3氣泡的氣泡臨界聚并距離，模擬了不同初始設(shè)置的4氣泡、6氣泡和9氣泡的運(yùn)動過程，討論了氣泡數(shù)量對臨界聚并距離的影響。
　　為了研究兩相流動中熱量傳遞機(jī)制，基于格子玻爾茲曼熱模型及大密度比模型，提出了一個可以描述傳熱相變的大密度比復(fù)合格子玻爾茲曼模型，模擬了單氣泡周圍的溫度場分布及雙氣泡在碰撞融合中的熱量傳遞過程，發(fā)現(xiàn)氣泡內(nèi)部溫度最高，氣泡下方會產(chǎn)生低溫區(qū)的層狀分布尾跡，