低温气液两相弹状流动中Taylor气泡的统计特征—I.Taylor气泡长度

为了研究倾角(θ)和管径对低温气液两相流中Taylor气泡长度分布规律的影响,在6种管路倾角下,以液氮为工质,使用高速相机对4种内径透明抽真空Pyrex玻璃管内的弹状流动进行了可视化实验.结果表明,低温弹状流动中Taylor气泡长度分布的统计特征可由对数正态分布函数描述,Taylor气泡长度分布的标准偏差受到液膜射流直接影响,并随θ减小先增大后减小.Taylor气泡无量纲平均长度随管路轴向位置增大而线性增加,随管路内径增加呈指数下降趋势,随θ减小而增大,最小值出现在70o≤θ≤90o.

快艇气泡减阻的原理研究与相似比分析(英文)

分析了高速气泡船气液两相流动的特征,进而将气泡船复杂的三维流动简化为两维人工气泡绕流的两相流物理模型,并提出了两维人工气泡绕流的相似律。采用有限体积法和VOF方法,建立了两维人工气泡绕流的数学模型。应用该数学模型,研究了气泡船在无气泡、气泡封闭、气泡半开三种典型绕流时的气液流场特性,得到了气泡长度、气泡形状随来流速度、气泡腔压力、气体流量的变化规律,分析得出了在高速气泡船底部形成稳定气泡的力学条件。相关研究结果对高速气泡船底部气泡腔的设计具有指导意义。

气体入口角度和截面宽高比对微通道内泰勒气泡行为的影响

微通道的几何参数对于气泡或者液滴在其中的形成过程有着显著的影响。采用流体体积法(VOF法)研究了不同气体入口角度以及不同通道截面宽高比对微通道内气液两相流流动状况的影响。在所研究的操作范围内,各个微通道内的两相流流型均为泰勒流,并且在大多数情况下气泡长度分布均匀。在通道截面宽高比为0.5～2条件下,60°的气体入口角度有利于产生较短的气泡;如果通道截面宽高比达到4或8时,45°的气体入口角度更有利于形成较短的气泡。此外,随着通道截面宽高比的增大,通道内气泡的量纲1长度也随之增大,气泡长度分布的均匀性也逐渐变差。当通道截面宽高比增大到8时气泡长度分布变得很不均匀。

利用提取的子波压制气泡效应及影响因素分析

在绝大部分情况下,远场子波是理论子波,与实际采集的气枪子波差别较大,因此基于远场子波的气泡效应压制结果存在明显的气泡残余。为此,提出了一种数据驱动的气泡效应压制方法,即利用数据的自相关提取子波,基于提取的子波和不含气泡效应的期望子波求取气泡压制算子,进而压制数据中的气泡效应。此外,分析了影响基于提取子波压制气泡效应方法效果的两个因素:(1)气泡压制算子长度,影响气泡压制效果,由数据中的气泡延续时间决定;(2)白噪系数,影响虚反射陷波效应,且随着白噪系数增加,会人为增强虚反射的陷波效应,影响虚反射压制效果,即求取气泡压制算子时宜采用尽可能小的白噪系数。实际数据应用结果表明:基于提取子波压制气泡效应方法克服了基于远场子波气泡效应压制方法中的模拟远场子波没有考虑实际采集条件对子波影响的问题,能更好地压制气泡效应,提高数据信噪比和分辨率,同时能更好地保持数据保真度。

矩形通道弹状流液膜特性

为了深入探究矩形通道内弹状流机理,利用高速摄像系统,对矩形通道(3.25 mm×40 mm)内弹状流进行了可视化研究。实验中发现,泰勒气泡长度LT随分气相雷诺数ReG近似线性增长,但随着分液相雷诺数ReL增加,LT的增长速率减小。液膜脱离泰勒气泡时厚度δf随ReG增加而减小并趋于稳定,随ReL增加而增大。δf主要由ReG、ReL和LT决定;LT≥150 mm时,δf趋于稳定。液膜脱离泰勒气泡时速度Vf随ReL增加而增大。在低ReL时,Vf方向向下并随ReG增加而减小;当ReL≥9 102时,液膜始终向上运动,Vf随ReG变化较小,主要受ReL影响。通过数据回归分别得到了LT、δf和液膜相对脱离速度Vfr计算关联式,其与实验数据符合相对较好。

微通道气液两相流研究进展

介绍了国内外微化工发展背景及发展现状,微通道内气液两相流流动气泡特性和传质特性。微通道中(横向及竖向微通道)气液两相流流型划分主要有泡状流、弹状流、环状流、搅拌流等。气泡形成过程中流体挤压力对气泡表面进行破坏致使分离,表面张力则在整个过程中维持着气泡形状及长度。着重介绍了微通道内气泡形成过程及经验长度计算,比较了不同研究者提出的经验公式中气液相表观速度比和气泡长度的关系,得出气泡长度均随气液相表观速度比的增加而增加,但依据研究者实验条件不同增加趋势也不尽相同。传质方面,研究基本集中在气液相比表面积较大的泡状流、环状流上,而气液表观速度、当量直径、压强等都会影响传质系数。微通道气液两相流虽然在传热、传质方面有很大的应用前景,但仍存在研究手段单一、理论数据不完善等问题,指出在未来的研究中研究者们要扩大领域范围,为传质传热的实际应用提供更可靠的理论依据。

蛇形微通道内泄漏流特性

微流体系统通常具备极大的比表面积、易于控制等优势,在气-液相传质、传热、反应等方面具有良好的应用前景。本文考察了6个气液相体系在矩形截面蛇形微通道中的气液两相泰勒流流动情况以及气泡和液弹的动态行为,以气泡截面形状的几何模型为基础,得到了微通道中净泄漏流的量化方程。同时发现在较大的操作区间内,蛇形微通道对泄漏流的可控性优于直形微通道。并且详细分析了不同气液相流量、液相物性(表面张力和黏度)和气泡长度对蛇形微通道主通道净泄漏流的具体影响。

垂直上升管内未充分发展弹状流流动特征参数的研究

采用电导原理对气-液两相弹状流中的弹状气泡速度、液塞速度、弹状气泡长度和液塞长度进行了测量。得到了各自随表观气速或表观液速的变化规律。并对弹状气泡长度进行了统计分析,结果表明:弹状气泡长度在显著性水平α=0.05的条件下符合正态分布。

水平仪使用小窍门

本文介绍了一种有效消除水平仪零位误差和气泡长度误差的读数和计算方法。

Gasar多孔合金规则气孔形成的糊状区长度判据

建立了规则气孔形成的糊状区长度与气泡尖端长度的理论模型,研究了合金的糊状区长度和凝固速率与Gasar多孔Cu-Cr合金的气孔结构的关系。结果表明,规则气孔形成时,糊状区长度和凝固速率均应有一适中的范围,给定凝固速率时,糊状区长度应小于气泡尖端长度。合金成分相同时,凝固速率v<vmax时,均能获得规则多孔结构。

障碍微通道内气液两相流运动特性

微通道内障碍对气液两相流压力降和气泡形状具有显著影响。采用实验和数值模拟的方法探究了微通道内障碍位置对氮气/水气液两相流运动特性的影响,分析了不同气液流量条件下障碍微通道内压力降和气泡长度的变化规律。结果表明,障碍微通道内压降高于无障碍微通道,当障碍位于中心位置时,压降最大,这是由于障碍后产生涡流所致,且压降与涡流长度正相关;障碍微通道气泡长度相对于无障碍通道变化均在25%以内,且随着障碍趋近于中心位置,气泡长度变短;不同工况条件下气泡通过障碍时的形状变化呈现三种现象:回缩不发生破裂、回缩发生破裂和不回缩直接破裂。回缩不发生破裂时,回缩长度随毛细数增大而增大;回缩发生破裂时,回缩长度随毛细数增大而减小;回缩长度减小到0时,变为不回缩直接破裂。回缩长度的变化范围随着障碍趋近于中心位置逐渐变大。通过所有障碍过程中,不同工况条件下展现出不同的破裂与合并规律。数值模拟揭示了障碍后产生旋涡长度不同导致压降不同,在气泡破裂瞬间压力存在剧烈变化。通过障碍时,气泡形状的变化源于其周围液相流速的变化,障碍两侧子通道内的速度不同决定两子气泡经过障碍后的不同规律。

小曲率矩形截面蛇形微通道气液两相流的实验研究

以空气、水为气液两相工质,采用90°Y型混合器,在矩形截面为800×100μm的蛇形微通道内利用高速摄像仪进行了可视化实验。通过改变气、液两相流量,在通道b、c段观测到一些不同于直微通道的特殊流型,对泡状流的气泡长度进行分析,提出新的预测关联式。针对戟形弹状流,分析了长宽比与毛细数之间的关系,并将气戟长度、液膜厚度的实验结果与已有文献关联式进行对比,发现Qian等、Quere等的预测相对较好。此外,由于蛇形管剪切作用及向心力的影响,在弯道Ⅱ处发现气戟的过渡有膨胀拉伸、剪切诱导、直接过渡3种方式。

微通道内气体-非牛顿流体两相流流动特性

实验研究了氮气-水和氮气-CMC溶液在不同宽度微通道内的压力降和流型的变化,分析了气液流速比和无量纲数等条件对压力降和气泡长度的影响。结果表明,流速和溶液浓度越大,微通道宽度越小,压力降越大。气液两相流中,随着气液流速比的增加,压力降呈指数下降。对分相流压力降模型进行修正后,其预测值与实验结果间误差为-13.64%~17.41%。通过对气泡横截面面积的精确计算,对气泡长度预测模型进行了修正,气泡长度模型预测值与实验气泡长度间误差除个别点外均小于20%。微通道中气体-非牛顿流体两相流压力降和气泡长度的预测可为微流控系统设计提供参考依据。

Growth of gas bubbles in the biotissues with convective acceleration

This paper presents formulae and explanation about the growth of a convective gas bubble in the blood and other tissues of divers who surface too quickly, concentration distribution around the growing bubble is also presented. The formulae are valid all over the growth stages, i.e. under variable ambient pressure while the diver is ascending, and under constant ambient pressure at diving stops or at sea level. The mathematical model is solved analytically by using the method of combined variables. The growth process is affected by tissue diffusivity, concentration constant and the initial void fraction, which is the dominant parameter. Results show that, the time of the complete growth, in the convective growth model, is shorter than those earlier presented by Mohammadein and Mohamed [Concentration distribution around a growing gas bubble in tissue, Math. Biosci. 225（1） （2010） 11-17] and Srinivasan et al. [Mathematical models of diffusion- limited gas bubble dynamics in tissue, J. Appl. Physiol. 86 （1999） 732-741] for the growth of a stationary gas bubble, this explains the effect of bubble motion on consuming the oversaturated dissolved gas from the tissue into growing bubble which leads to increment in the growth rate to be more than those presented in the previous stationary models.