垂直平板氣液兩相近壁氣泡運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其周圍流場(chǎng)特性的研究

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1、分類號(hào)：O359.1密級(jí)：UDC：532編號(hào)：201321505007河北工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文垂直平板氣液兩相近壁氣泡運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其周圍流場(chǎng)特性的研究論文作者：趙杰學(xué)生類別：全日制學(xué)科門類：工學(xué)學(xué)科專業(yè)：化工過(guò)程機(jī)械指導(dǎo)教師：陳文義職稱：教授孫姣講師DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofChemicalProcessEquipmentRISINGBEHAVIOROFBUBBLESANDHYDRODYNAMICCHARACTERISTICSOFGAS-LIQUIDTWO-

2、PHASEFLOWNEARBYTHEVERTICALPLATEbyZhaoJieSupervisor:Prof.ChenWenyiLecturerSunJiaoMarch2016摘要在壁面附近的氣液兩相流動(dòng)中，氣泡運(yùn)動(dòng)的軌跡、大小和形狀是影響氣液兩相流流動(dòng)行為的重要參數(shù)，氣泡運(yùn)動(dòng)方式會(huì)對(duì)液相的流動(dòng)產(chǎn)生不同的影響。因此研究近壁面氣液兩相流中氣泡的運(yùn)動(dòng)特性和液相的流體力學(xué)特性對(duì)理解近壁面氣液兩相流都有著重要的指導(dǎo)作用。本文對(duì)奧托沃斯數(shù)Eo=1.14-1.28，莫頓數(shù)Mo=5.422×10-4，氣泡引發(fā)的流動(dòng)雷諾數(shù)Re=181-191的氣泡在垂直壁面附近運(yùn)動(dòng)特性和流場(chǎng)特征進(jìn)

3、行研究。首先設(shè)計(jì)并搭建了一座近壁面氣液兩相流的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。該平臺(tái)具有可視化和可進(jìn)行無(wú)干擾測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)。采用高速攝像機(jī)對(duì)氣泡產(chǎn)生頻率分別為f1=47Hz、f2=126Hz、f3=157Hz、f4=210Hz時(shí)，氣泡自由上浮以及噴嘴與壁面之間距離分別為S1=1.5mm、S2=3mm、S3=4.5mm的16種氣泡運(yùn)動(dòng)過(guò)程進(jìn)行拍攝，并基于MATLAB數(shù)字圖像處理工具箱，設(shè)計(jì)了一套合適的數(shù)字圖像處理程序。該程序的主要功能包括圖像預(yù)處理、圖像二值化計(jì)算、氣泡輪廓識(shí)別和氣泡特征參數(shù)提取的功能，通過(guò)對(duì)大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)樣本分析，得出氣泡的運(yùn)動(dòng)軌跡可表現(xiàn)為“之”字形運(yùn)動(dòng)、遠(yuǎn)離平板運(yùn)動(dòng)和靠近平板運(yùn)

4、動(dòng)。發(fā)現(xiàn)氣泡在四種不同頻率情況下，氣泡在自由上浮時(shí)均為直線型運(yùn)動(dòng)，但噴嘴與平板之間的距離和氣泡的噴射頻率會(huì)共同導(dǎo)致不同形式的氣泡運(yùn)動(dòng)。本實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)無(wú)量綱距離S*=1.2時(shí)，氣泡做“之”字形運(yùn)動(dòng)，當(dāng)S*增大時(shí)，低頻氣泡以直線方式運(yùn)動(dòng)并逐漸遠(yuǎn)離平板，高頻氣泡在經(jīng)歷不穩(wěn)定階段后以類直線方式逐漸靠近平板運(yùn)動(dòng)。通過(guò)PIV實(shí)驗(yàn)技術(shù)對(duì)氣泡周圍的液相進(jìn)行測(cè)量，分析了液相的瞬時(shí)速度和平均速度場(chǎng)、雷諾應(yīng)力和湍流強(qiáng)度。發(fā)現(xiàn)液相速度隨著氣泡的頻率升高而升高，且垂直平板附近液相速度不再保持原輻射狀分布的流動(dòng)結(jié)構(gòu)，當(dāng)氣泡做“之”字形運(yùn)動(dòng)時(shí)，液相呈現(xiàn)蛇形流動(dòng)結(jié)構(gòu)，其雷諾應(yīng)力場(chǎng)呈圓團(tuán)狀結(jié)構(gòu)。通過(guò)分析

5、湍流強(qiáng)度得知所有工況下氣泡產(chǎn)生頻率對(duì)沿壁面方向上的流強(qiáng)度影響并不明顯，并且氣泡做“之”字形運(yùn)動(dòng)時(shí)有利于液相在垂直壁面方向上的混合。關(guān)鍵字：氣液兩相流垂直平板PIV近壁面氣泡IABSTRACTInthenearwallgas-liquidtwo-phaseflow,therearemanyimportantparameterssuchasbubbletrajectory,sizeandshape.Thedifferentbubbletrajectorieswillleadtodifferentflowstateoftheliquidphase.Consequently,

6、furtherinvestigationsregardingtomotioncharacteristicsofthebubbleandhydrodynamicsofliquidinthenearwallgas-liquidtwo-phaseflowcouldactasguidanceforsolvingmanypracticalengineeringproblems.Intheresearch,selectingbubblechainsintheglycerolaqueous,themainfeatureparametersareE?tv?snumbersEo=1.1

7、4~1.28,MortonnumberMo=5.422X10-4andReynoldsnumberRe=181~191,whichbelongtoclassiccases.Thenear-wallbehaviorofbubblesandhydrodynamicsofliquidarethemainresearchcontents.Firstly,wedesignandbuildanexperimentalplatformbasedongas-liquidtwo-phaseflow,whichhassuchthesevirtuesasvisualiza