垂直壁面附近单气泡运动特性可视化研究

为了明晰气泡在壁面附近的浮升行为及运动规律,采用高速摄影结合阴影图像处理算法,对水中近壁面气泡的迁移行为进行了可视化研究,探讨了不同初始离壁距离条件下气泡运动轨迹、形状和上升速度的变化规律。研究结果表明:在气泡上升的初始阶段,当气泡与壁面量纲一间距S^(*)≤1.4时,气泡趋向于壁面运动;当S^(*)≥2.05时,气泡远离壁面运动。在本研究的参数范围内,当S^(*)≤0.61时,气泡与壁面发生周期性碰撞,碰撞瞬间气泡水平速度发生反转,气泡形状由椭球形突变为球形;当S^(*)≥1.4时,气泡与壁面不再发生碰撞,气泡呈“之”字形振荡上升,上升轨迹近似于正弦曲线。随着气泡初始离壁距离进一步增加,气泡上升轨迹振荡的幅度减小,周期增大,壁面效应逐渐减弱;当气泡变形程度减小时,气泡纵横比的振幅变大。气泡水平速度呈现与气泡轨迹相同的变化趋势,振幅减小,周期增大;而气泡垂直速度基本不随初始离壁距离的改变而变化。当气泡与壁面不发生碰撞时,气泡垂直速度的振荡周期为水平速度振荡周期的1/2。

水域底泥中重金属Cd与Pb释放规律的数值模拟

采用实验研究与数值模拟相结合的方法,研究某水域底泥中典型重金属污染物Cd与Pb再释放过程和释放速率。结果表明,底泥中Cd和Pb的释放规律分为快速释放和动态平衡两个阶段,与准二级动力学方程具有较好的匹配度,相关系数R2大于0.99。随着河流流速的加快,底泥中重金属的释放速率增大。分析表明,该区域水质可以在3 h内超过地表水环境质量V类标准。数值模拟结果与实测值之间的相对偏差除一项外均在±10%以内。

静止液态金属中气泡上升过程实验研究

为了研究液态金属中气泡流行为,采用X射线显影技术对镓铟锡合金中氩气泡浮升过程气泡直径、上升速度、纵横比进行测量与分析。研究结果表明:气泡直径随气体流量增加而增大,采用DAVIDSON等的关联式预测的气泡直径比实验值小,采用修正的IGUCHI等关联式所得预测值比实验值大,采用原始的IGUCHI等经验关联式所得预测值与实验值几乎相同,该经验关联式可作为预测液态金属中气泡直径的经验公式;采用SCHILLER等关联式预测的气泡滑移速度随气泡直径增大而呈线性增大,且预测值远大于实验值,GRACE等关联式所得的预测值与实验值相吻合,ISHII等关联式与TOMIYAMA等关联式所得的预测结果几乎相同,且预测值略大于实验值,这些经验关联式可用于预测液态金属中的气泡滑移速度。基于韦伯数We的MOORE,TAYLOR等以及LIU等经验关联式预测的纵横比小于实验值,而WELLEK等关联式所得的预测值与实验值非常吻合;基于Ta(Ta=ReMo0.23,其中,Re为雷诺数,Mo为莫顿数)的TADAKI等、FAN等以及LIU等经验关联式预测的纵横比均小于实验值。

气体流量和喷嘴直径对鼓泡塔内气泡大小和形状分布的影响

通过高速摄影结合图像处理算法,研究气体流量和喷嘴直径对气泡尺寸和纵横比分布的影响。结果表明,在所有喷嘴直径下,气泡当量直径的概率密度呈现双峰分布,其中第一个峰值接近直径为1.5~2 mm的小气泡区域,另一个峰值位于较大的气泡区域。将气体流量从0.1 L/min增加到0.2 L/min会导致大气泡的概率密度更高,表明气泡聚并现象普遍存在。当气体流量增加至1.2L/min时,峰值对应的气泡直径变小,并且气泡破裂占主导地位。对于直径为1~2 mm的气泡,形状受气体流量的影响较小,而3~9 mm的气泡在所有气体流量下气泡纵横比概率密度分布的峰值均位于纵横比E=0.5处。Iguchi和Chihara提出的模型能更好地预测气泡脱离直径随气体流量的增大的变化。