拟塑性流体中双气泡生成时的聚并行为及传质特性研究

对拟塑性流体中双气泡生成过程中的聚并行为及传质特性进行研究。采用激光影像技术结合高速摄像机观测双气泡生成过程中的聚并行为，基于各影响因数的无因次分析，建立聚并类型的分区图谱，以及聚并频率、聚并时间的理论模型；利用颗粒成像仪（PIV）对双气泡生成过程中发生聚并时其周围流场进行实时测量，研究气泡聚并和流场变化的相互作用机理；利用实时显微激光全息干涉测量技术对拟塑性流体中伴有吸收过程的双气泡聚并时周围的近界面浓度场进行实时测量，建立双气泡吸收过程界面传质表达式；以运动流体N-S方程和传质-对流方程为基础，结合拟塑性流体的流变特性，采用格子-波尔兹曼（LBM）方法对双气泡生成过程中的聚并过程及周围流场进行模拟计算；结合浓度场的测量结果，对两相间的传质规律进行研究。项目的研究成果能够促进对复杂的多气泡生成过程中聚并行为及传质机理的理解，有助于高效、合理地增强相际传递效率，为工业设计提供理论基础。

本项目以研究拟塑性流体中双气泡生成时的聚并行为目的，通过采用激光影像技术结合高速摄像机观测了双喷嘴上气泡生成及聚并过程；考察了双气泡生成过程机理以及流体物性、喷嘴条件、操作条件的影响因素，进一步研究了双喷嘴上气泡生成与聚并的协同作用，以及不同的聚并类型和其影响因素。通过利用耦合水平集-流体体积法（CLSVOF），并重点考虑了拟塑性流体的流变特性，模拟了不同条件下双气泡生成时的聚并行为；考察了聚并过程的聚并机理及特征，以及上述条件对聚并体积及气泡形变率的影响，重点探究了表面活性剂对聚并过程的效应。此外，对比研究了双/单气泡生成及上升过程，以探究先行气泡和相邻气泡对双气泡聚并的影响，进一步揭示双气泡生成时聚并的复杂机理；研究了并流条件下双气泡生成及聚并，分析了不同因数的影响作用；重点考察了不同液体流速与静止流体对气泡聚并体积、聚并时间影响。通过研究诸多影响因素与气泡生成及聚并之间的规律，能够促进对复杂的多泡生成中聚并行为及传质机理的理解，为设计高效的气液两相接触器提供理论基础。