探索黏性流体中气泡的运动特性

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1、北京化工大学硕士学位论文黏性流体中气泡的运动特性姓名：郭容申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：高正明20090602摘要黏性流体中气泡的运动特性气泡上升所在液相的黏度对气泡上升行为有着较为重要的影响。本文采用高速CCD成像技术实验测定了单个气泡和连接气泡在水及不同黏度甘油水溶液中的运动特性。对单个气泡的研究结果表明，在低黏度液体中，随着气泡直径的增加，气泡振荡形变剧烈，气泡形状由球形向类似椭球形的不规则形状转变，上升轨迹由直线形向之字形、螺旋形转变；在高黏度液体中，随气泡直径的增加，气泡形状逐渐由球形向呈球帽形转变，气泡的周期性振荡趋于平缓，纵横比增大，气泡上升速度降低。对于连

2、接气泡的研究表明，单个气泡的曳力系数是连接气泡的两倍，连接气泡的尾端气泡尺寸或尺寸比对上升终速度影响较小。提出了单个气泡和连接气泡上升终速度的经验关联式，关联式的预测结果与实验值吻合良好，优于文献报导。使用PIV方法研究了单个气泡和连接气泡的流场，水体系中单个较大气泡的尾流由一对沿着上升路径扭曲的不稳定的漩涡组成，它们紧贴在在气泡底部在两个不对称的位置上，沿着气泡上升途径分开。在纯甘油体系中，单个气泡周围存在三个高速区域，分别为气泡顶端，气泡尾端和气泡侧后方；但对于连接气泡只在顶端气泡的项部和气泡连接处的侧面存在两个高速区域。关键词：单气泡，连接气泡，气泡形状，终速度，PIV，流场，

3、黏性流体THEBUBBLEMOTIONCHARACTIUSTICSINSTAGNANTHIGHLYVISCOUSLIQUIDSABSTRACTTheviscosityoftheliquidhassignificantaffectonthebubbleterminalvelocity．Themotioncharacteristicsofsingleandconjunctbubblesrisingfreelyinstagnantwaterandglycerolaqueoussolutionwereexperimentallymeasuredbyahighspeedchargecouple

4、ddevice(CCD)camera．Theresultsforsinglebubbleshowthat，inlow-viscosityliquids，thebubbleshowslargedistortionandoscillation，thebubbleshapechangesfromthesphericalshapetotheirregularellipsoidandthebubblerisingtrajectorychangesfromarectilinearpathtoazigzagorspiralpathasthebubbleequivalentdiameterincre

5、ases．Inthehighviscosityliquid，thebubbleshapechangesgraduallyfromsphericalshapetosphericalcapastheincreaseofbubblediameter，theperiodicaloscillationandthebubbleterminalvelocitydecreaseswhiletheaspectratioincrease．Theresultsforconjunctbubblesshowthat，thedragcoefficientofsinglebubbleistwiceasthatof

6、conjunctbubbles，andtheexistenceoftrailingbubblesizeorsizeratioaffectsrisingvelocityalittle．Theexperimentalcorrectionequationsofsingleandconjunctbubblesterminalvelocityareproposedrespectively，thepredictedvaluesareingoodagreementwiththeexperimentaldataandhaveabetter1II北京化工大学硕士学位论文predictionthanth

7、epreviousreports．Thesurroundingliquidflowfieldsofthesingleandconjunctbubblesweremeasuredbyhi曲speedparticleimagevelocimetry(PIV)．Inwatersystem，thebubbletailconsistsofapairofunsteadyvortexeswhicharetwistedalongahelicalpath．Thepairof