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。

文丘里式气泡发生器气泡碎化特性研究

熔盐堆在运行过程中须不断地去除氙等气体裂变产物。熔盐堆除气系统中气泡发生器的作用是通过向回路中注入一定量的直径为0.5mm的小气泡,在扩散作用下吸收熔盐中的氙,最终气泡被分离出来,达到除氙的目的。在橡树岭国家实验室设计的基础上,本文为钍基熔盐研究堆设计气泡发生器,并在专门建造的水回路中对其工作特性进行了可视化研究。利用高速摄像系统跟踪气泡的运动和碎化过程,分析气液相流速对碎化后气泡尺寸的影响。结果表明:在实验条件下,当气体流量一定时,气泡尺寸随液体流量的增大而减小;当液体流量一定时,气泡尺寸随气体流量的增加而增大。

文丘里气泡发生器气泡在喉部和扩张段的运动和碎化研究

文丘里式气泡发生器因其结构简单、能够有效产生所需均匀粒径的微气泡等优点,被熔盐堆脱气系统所采用。本文在脱气回路水力试验台架的实验基础上,借助高速相机来研究气泡在文丘里气泡发生器喉部和扩张段处的运动和碎化特性。研究表明:气泡运动可以分为4个阶段:1)气泡高速稳定运动阶段;2)气泡速度剧烈变化阶段;3)气泡速度稳定波动阶段;4)气泡低速稳定运动阶段。随着进气孔径的增大气泡在上述4个阶段的稳定性增加;随着水流量的增加,第二和第三阶段的区域将会向靠近x=0 mm处缩小。其中气泡的碎化过程主要是在第二阶段发生的。

文丘里式微气泡发生器气泡碎化数值研究

以文丘里式微气泡发生器为研究对象,利用Fluent软件对文丘里式微气泡发生器内的流动过程进行数值模拟,得出气泡碎化原理。模拟结果表明,喉管处高速液体对气相形成黏性剪切作用,将气泡初步碎化;在扩张段,气相扩散现象明显,是气泡发生碎化的主要区域,扩张段的逆压梯度和涡旋促进了气相的扩散与气泡的再次破碎;在液相流量为1.5 L/min、气含率为5%的条件下,可产生粒径集中分布在100~150μm范围内的微气泡。

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。

文丘里式气泡发生器工作特性分析

气泡发生器是钍基熔盐堆脱气系统的关键部件,其功用为将载气碎化成尺寸均匀的小气泡。本文在脱气系统水实验回路实验研究基础上,采用数值模拟方法,应用SIMPLEC算法对标准的k-ε湍流模型和多相流混合模型进行耦合求解,分析了沿气泡发生器流动方向的气液两相流场速度变化、压力变化、湍动能分布规律。沿流向的速度分布表明,气相从喉部开始沿壁面流动,包围位于中心区域的水相,气相速度在扩张段入口处明显降低,速度梯度的变化形成剪切,使得气相破碎、分裂;压力分布表明,在气泡发生器的扩张段入口附近出现了压力梯度的峰值,与实验中测得的气泡集中碎化的位置相近,说明压力的迅速回升可能加速了气泡的碎化;湍动能分布表明,扩张段出口湍动能相对较大,说明此处气液两相能量交换强烈,产生强烈的剪切应力,使气液两相彼此剪切、破碎。以上结果说明,扩张端入口处由于较大的速度梯度及湍动能峰值,导致产生巨大的剪切应力,使气泡出现集中破裂现象。