探析非牛顿流体中平行双气泡行为及流场特性

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1、天津大学硕士学位论文非牛顿流体中平行双气泡行为及流场特性姓名：李小磊申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：马友光20090501摘要非牛顿流体气液两相流广泛存在于诸如化工、生化、环保、食品、冶金及高分子聚合等工业领域。受非牛顿流体复杂的流变性质影响，气泡行为及其周围流场更加复杂，因此研究非牛顿流体中气泡生成及上升行为具有重要意义。采用平行气泡生成装置和激光影像技术对非牛顿流体中双气泡的生成过程进行了实验研究。生成过程可分为两个阶段：第一个阶段，主要受气液特性的影响，气泡成球形；第二个阶段，气液特性和动力学性质共同影响，气泡颈部被拉长。溶液

2、浓度影响液体特性，气体流率和喷嘴直径影响体系动力学性质，喷嘴距离和无因次生成滞后时间影响速度场的分布，进而影响气泡的生成过程。采用粒子影像测速仪(pw)对双气泡上升过程进行了实验研究。结果表明：喷嘴距离较近时，两个气泡相互排斥；当喷嘴距离增大到一定时，两气泡先吸引后排斥；随喷嘴距离变远，相互作用减小直至消失。实验条件下，喷嘴距离越近，气泡分离体积越小，其周围流场分布越不对称。平行气泡的聚并过程可分为两个阶段：第一阶段，受气液特性、动力学特性和操作条件影响，两个气泡逐渐互相靠拢；第二阶段，受气液界面性质和结构影响，两个气泡互相接触，气泡间膜层破

3、裂并逐渐合并为一个新的气泡。关键词：非牛顿流体；平行气泡；激光影像技术；粒子影像测速仪(PIV)；聚并ABSTRACTTwo··phaseflowbehaviorinNon·-NewtonianfluidsiswidelyencounteredinsuchareasasChemical，biochemical，environmentalprotection，food，metallurgyandpolymerindustries．Thebubblebehaviorsandtheflowfieldofliquidaroundthebubblebe

4、comemorecomplexaffectedbytheRheologicalproperties．Therefore，thestudyonthebehaviorsofbubbleformationandrisingisofgreatsignificance．Paralleldouble-bubblesformationprocesseswereexperimentallystudiedbyusingabubblegeneratorandLaserimagetechnique．Theformationprocesscouldbedivided

5、intotwostages：thefirststageismainlyaffectedbycharacteristicsofgasandliquid，thebubbleisspherical；thesecondstageisaffectedbyboththepropertiesofgasandliquidandkineticpropertiesofsystem，theneckofbubbleiselongated．Theconcentrationofsurfactantstakesimpactonpropertiesofliquid，gasf

6、lowrateandnozzlediameterondynamicspropertiesofsystemandthenozzledistanceandthedimensionlesslagformationtimeonthedistributionofthevelocityfield，therebyaffectingtheprocessofbubbleformation．Particleimagevelocimetry(PIV)wasusedtoinvestigatethedouble-bubblerisingprocessexperimen

7、tally．Theresultsshowedthat：whennozzledistanceisclose，thetwobubblesrepulseeachotherintherisingprocess；whenthenozzledistanceincreasestoacertainvalue，thetwobubblesattractmutuallyatfirstthenrepulsion．Withfurtherincreasingthedistancebetweennozzles，theinteractiondecreasesuntildis

8、appear．UnderExperimentalconditions，theclosernozzledistanceis，thesmallerthesizeofth