微气泡发生器的研究与应用进展

微气泡具有体积小、稳定性高、停留时间长、比表面积大和具有较强自增压效应等优点,可以显著增加气液两相的接触面积和接触时间,强化气液两相的传质速率。目前,多种基于不同原理的微气泡发生器均可以有效产生微气泡,而不同领域利用微气泡的侧重点有所不同,因此其应用的微气泡发生技术也有所区别。本文综述了微气泡发生器在水处理过程、生物和医学领域、矿物浮选过程以及化工过程中的应用,重点阐述了各工业过程中常用的微气泡发生器类型和微气泡发生器的发泡原理,简述了各类微气泡发生器的气泡生成效果,指出了微气泡发生器的结构和操作条件对微气泡发生性能的影响,总结了各类微气泡发生器的使用条件。当下,依靠单一原理的微气泡发生技术仍具有一定的局限性,而耦合式微气泡发生器结合多种微气泡生成原理的优势,可以产生尺寸更小、分布更均匀的微气泡,因此耦合式微气泡发生器的研发对未来微气泡技术的应用具有重要意义。本文最后对微气泡发生器的应用前景、研发方向等进行了总结和展望。

文丘里式气泡发生器的气泡流动碎化机理研究进展及潜在应用

文丘里式气泡发生器利用水力空化原理产生气泡,气泡进一步受流动剪切效应破碎生成微纳气泡,具有结构简单、效率高、能耗低等优点,在许多领域展现出应用潜力。文丘里式气泡发生器产生的气泡大小及分布对其应用场景有着至关重要的影响。对影响文丘里式气泡发生器产生气泡大小的因素进行了归纳,从实验和理论两方面阐述了气泡流动破碎机理,展望了文丘里式气泡发生器潜在的应用方向,并对目前限制文丘里式气泡发生器大规模工业化应用的原因及进一步碎化气泡的方式进行了讨论,为文丘里式气泡发生器的设计放大提供了参考。

基于CFD数值模拟的射流微泡浮选机气泡发生器的设计

为研究气泡发生器结构对其物理参数的影响,以ZWF6500型射流微泡浮选机气泡发生器为研究对象,通过CFD数值模拟,研究了气泡发生器空气入口数量、喷嘴直径、喉管直径以及喉管位置等结构参数对气含率、矿浆射入量、充气量以及充气速率等物理参数的影响。结果表明:空气入口数量、气含率无明显影响,但是在一定的入料压力下,单个进气口有一个极限的进气量;在一定的入料压力下,矿浆射入量只受喷嘴直径的影响,而且喷嘴直径越大,则矿浆射入量越大;气泡发生器喷喉比对气含率的大小至关重要,气含率随喷喉比的增大而增加,且在增加到一定程度后,气含率达到极限,不再随着喷喉比的增加而增加,甚至会出现气含率下降;喉管位置的影响主要体现在充气量,随着喉管位置的升高充气量和气含率呈现先上升后下降的趋势,即有一个最佳的喉管位置使得气含率最大。该研究为气泡发生器结构优化提供了基础数据。

文丘里气泡发生器气泡碎化机理研究

微气泡技术涉及到越来越多的领域,具有诸多优点,而文丘里结构能够增强湍流,促进高度分散的微小气泡和微气泡的产生。借助流体模拟软件FLUENT对文丘里气泡发生器中气泡行为进行模拟,了解了气泡在文丘里管中的运动行为,并根据模拟结果对气泡碎化机理进行了分析。结果表明,气泡的碎裂主要发生在扩散段,而速度梯度、涡流碰撞和压力的变化被认为是影响气泡变形和碎裂的关键因素,当气泡内、外部受力失衡时,气泡便会碎裂成微小气泡流向下游区域。该研究可为进一步研究传质起到指导作用,对工业应用有着借鉴意义。

文丘里气泡发生器内气液两相流流型及压降实验研究

针对一类文丘里气泡发生器内气液两相流动的流型及压降开展了实验研究。通过可视化实验观测区分了气泡发生器内3种基本流型,包括泡状流、弹状流和柱状流。实验发现,随着两相流从弹状流转变为柱状流,气泡发生器内压降迅速增大。通过对压力信号的时频分析,证明气泡发生器出口位置最有利于压力信号的在线监测。从压力信号中提取了与流型转变紧密相关的概率密度函数相对峰度和功率谱密度差异系数,并分别应用于弹状流-柱状流和泡状流-弹状流流型转变的识别。由于已有的压降模型无法准确预测文丘里气泡发生器的整体压降,为此本研究提出了新的压降预测方法。新关联式考虑了气泡发生器内部分单液相流过程以及流型转变对压降预测的影响,预测值与实验测量结果吻合较好,相对均方根偏差约为10.74%。

旋流气浮水处理装置用气泡发生器室内实验

使用摄像气泡检测技术,对旋流气浮用射流、微孔两种气泡发生装置进行室内实验。对两种气泡发生装置产生的气泡直径分布进行了检测,对气泡在上升过程中聚并过程进行研究。在室内最佳工况条件下,微孔气泡发生器产生气泡粒径较好,是较为理想的气泡发生装置。射流发生器的最佳运行参数:入口水流量为1.28 m3/h,压力为4.0 b ar;入口气体流量为0.253 m3/h(标况),压力为3.0 bar;喉嘴距离定为15 mm。微孔发生器的最佳运行参数:入口水流量为5.1 m3/h,压力为3.7 bar;入口气体流量为1.165 m3/h(标况),压力为4.4 bar。

射流浮选柱气泡发生器及其充气性能的研究

根据射流泵原理设计了一种浮选柱气泡发生器,并对其充气性能进行了试验,研究了气泡发生器结果参数、流体压力、负压与柱内含气率的关系;探讨了浮选过程中浮选药剂浓度、矿浆浓度变化对含气率的影响.结果表明:气泡发生器的射流面积比对含气率有较大影响,最佳面积比为6～10;含气率随压力增高而增加,压力升到一定程度后,含气率趋于平稳;当气泡发生器吸气室负压达到一定数值后,含气率也将趋于饱和;随起泡剂用量加大,含气率呈上升趋势;随矿浆浓度的增加,含气率则呈下降趋势.研究结果为射流浮选柱气泡发生器的设计和结构优化提供了依据.

文丘里式气泡发生器内气泡输运过程研究

利用可视化方法研究文丘里式气泡发生器内气泡的输运和破碎过程。实验以水和空气为工质,水流量范围为15～20m3/h,气流量范围为0.6～0.7L/min,空泡份额在0.2%～0.3%之间。结果表明：不同于常规通道,气泡在从文丘里管喉部流出后具有一个明显的减速过程,使得气液相对速度随之增加,该减速过程对气泡变形和破碎存在极大影响;水流量对气泡的破碎位置无明显影响,气泡破碎位置通常发生在渐扩段距喉部8～10mm左右的范围,处于壁面涡流区与主流的交界附近。

微泡浮选射流气泡发生器的研究

气泡发生器是微泡浮选的关键。分析研究了气泡发生器的结构、尺寸、形状要求,以及影响气泡发生器性能的主要结构尺寸。开发设计了气泡发生器的虚拟样机,并进行了数值模拟仿真分析。在此基础上,设计制作了物理样机,并进行了实验分析。通过数值仿真和物理实验分析,验证了一些设计理论。结果表明,该气泡发生器具有较好的性能,为气泡发生器的开发设计提出了新的方法。

气泡发生器结构性能的研究与进展

根据气泡发生器的发展,对不同充气方式的充气性能进行了比较,得出了射流混合成泡是较为先进高效的成泡方式;分析了不同气泡发生器的结构参数,并阐述了其对充气性能的影响;重点介绍了自吸式微泡发生器的流体动力学原理、结构参数、射流运动过程及其起泡性能。

气泡发生器的流体动力学性能研究

气泡发生器作为浮选柱的核心部件,一直是浮选柱的研究重点。针对空气直接喷射式气泡发生器结构特点,分析了气泡发生器气体喷射出流的流体动力学模型,通过试验室和工业型浮选柱的清水气泡发生试验,修正了气泡喷射出流理论计算公式,对工业型浮选柱的大型化研制提供一定的理论依据。

气泡发生器结构分析及设计

对气泡发生器的结构设计、参数确定及工作原理进行了分析。给出了有关的计算公式 ,对同类设备的该种装置的设计有良好的借鉴意义。

浮选柱混合气泡发生器的初步设计和性能分析

基于气泡生成及气泡发生器的普遍工作原理,提出新的发泡方式,设计了新的浮选柱用混合气泡发生器。根据设计的几何尺寸及实验室浮选柱运行参数计算了两相气泡的理论尺寸,并通过实测的图像分析结果对理论计算进行验证,分析混合气泡发生器充气性能。

不同结构空化气泡发生器的试验研究

气泡发生器是射流浮选柱充气的关键设备,结合空化气泡有利于浮选的特点,自行设计了多孔板气泡发生器和改进型射流气泡发生器2种结构空化气泡发生器,同时在组建了的浮选柱试验系统内进行浮选柱清水试验。试验结果表明,2种空化气泡发生器作为浮选柱的充气装置时,均可使浮选柱内产生细小、密集、分布均匀的气泡,同时对比2种结构空化气泡发生器对浮选柱的充气性能发现,改进型射流气泡发生器要优于多孔板气泡发生器。

气液双相微纳米气泡发生器的关键结构优化分析

为了对气液双相微纳米气泡发生器的关键结构进行优化分析,建立了该发生器的三维模型并分析了其工作原理,利用有限元仿真软件FLUENT对该发生器流场在不同工作压力下进行数值模拟仿真,分析仿真结果发现:当发生器的入口压力为1.5MPa时产生的气泡数量最多,在入口压力分别为0.5、1.0、1.5和2.0MPa时,该发生器产生直径在1 nm左右的气泡所占比例分别为41.9%、53.3%、73.2%和69.6%;探讨了该发生器通流腔直径、扩张腔大/小径、旋流腔直径4个关键结构的尺寸对产生的气泡大小和数量的影响,并分析了产生相关影响的原因。结果表明:当入口压力为1.5 MPa时,该微纳米气泡发生器产生的微纳米气泡数量最多,粒径最均匀;适当提高通流腔直径和旋流腔直径有利于提高该微纳米气泡发生器的工作性能,而改变扩张腔小径和扩张腔大径对于提高其性能均无显著的影响。

气泡发生器喷嘴的改进及两相流数值模拟研究

为了提高浮选效果,对气泡发生器的喷嘴进行了改进,加入了螺旋叶片并利用VOF多相流模型进行了数值模拟计算,得到了速度、压力和湍动能等流场分布规律图,结果表明,有螺旋叶片喷嘴的气泡发生器具有更好的性能,大大提高了矿浆中的气泡矿化效果。

基于FLUENT的气泡发生器的设计改进

运用大型CFD商用软件FLUENT对自行设计的气泡发生器进行了气液两相流的流动仿真,根据仿真的结果对气泡发生器的结构进行了改进分析,这对于气泡发生器的设计具有一定的指导意义。

气泡发生器内三相流动数值模拟

本文运用计算流体力学方法并采用非结构化网格技术对流动区域进行了网格划分,应用三相流混合模型对自行设计的射流微泡发生器进行了气、液、固三相流的流动仿真,得到了其内部三相流的流场分布,结果为射流微泡发生器的设计研究提供依据。

射流气泡发生器喉嘴距优化试验研究

射流气泡发生器是引气制造气泡技术的一种气泡制造装置,喉嘴距是射流气泡发生器的一个重要结构参数.根据液气射流泵的理论技术设计了2种结构气泡发生器,用一种全新的试验方法对喉嘴距进行试验研究,即利用CMOS面阵高速摄像系统测量生成气泡的流动情况,分析气泡直径在不同试验工况下随喉嘴距的变化规律,最终得出最优喉嘴距的尺寸.本文研究的最优喉嘴距能在气泡发生器内形成气泡直径小、数量多、流动稳定的泡状流.结果表明,最优喉嘴距范围在5-10mm,即1～2倍的喷嘴出口直径长度.最优喉嘴距的试验确定对射流泵及射流气泡发生器喉嘴距尺寸的设计具有应用价值.

微气泡发生器的研究进展

介绍了微气泡发生器的研究进展。微气泡的产生方法主要有溶气-释气法、微孔曝气法、引气-散气法、超声/声压法和电解法等。其中溶气-释气法产生的气泡分布窄,气泡数量多,但能耗高,流程复杂;微孔曝气法产生的气泡分布窄,气泡数量多,能耗低,但孔道易堵塞;引气-散气法产生的气泡数量多,能耗低,但气泡相对较大,气泡分布宽;超声/声压法产生的气泡分布窄,气泡数量少,但能耗高,对设备要求较高;电解法产生的气泡分布窄,气泡数量少,但能耗高,组分单一。可以针对具体的应用体系和应用要求,选择合适的微气泡发生器。