粘弹性流体中气泡上升过程的轨迹

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1、文章编号：2095-1248（2016）05-0088-05能源与环境工程粘弹性流体中气泡上升过程的轨迹李少白，徐双，范俊赓，栾敬德（沈阳航空航天大学能源与环境学院辽宁省清洁能源重点实验室，沈阳110136）摘要：为了研究粘弹性流体中稳定上升的气泡运动轨迹，主要对稳定上升的气泡在3种不同浓度的粘弹性流体（聚丙烯酰胺-ＰＡＡ溶液）中运动轨迹进行了实验研究。结果发现气泡的上升轨迹主要分为2种：直线型和螺旋型。气泡运动轨迹变化与气泡的形状及流体的浓度有关，气泡形变越大，轨迹越易由直线型转变为螺旋型。轨迹的不稳定还与溶液的粘弹性剪切变稀流体的流变性质有关，随着溶液浓度的增加，气

2、泡运动轨迹由螺旋形转变为直线型。通过螺径螺距比ｒ／Ｌ表示螺旋线的弯曲程度，随着Ｒｅ的增大，螺径螺距比也越来越大，最终逐渐趋向稳定。关键词：粘弹性流体；轨迹；形状；流变性质中图分类号：ＴＱ021.4文献标志码：Ａdoi：10．3969／ｊ．ｉｓｓｎ．2095-1248．2016．05．016ThetrajectoryofrisingbubblesinviscoelasticfluidＬＩＳｈａｏ-ｂａｉ，ＸＵＳｈｕａｎｇ，ＦＡＮＪｕｎ-ｇｅｎｇ，ＬＵＡＮＪｉｎｇ-ｄｅ（ＬｉａｏｎｉｎｇＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＣｌｅａｎＥｎｅｒｇｙａｎｄＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｎｅｒｇｙ

3、ａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ＳｈｅｎｙａｎｇＡｅｒｏｓｐａｃｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ110136，Ｃｈｉｎａ）Abstract：Ｔｈｒｅｅｋｉｎｄｓｏｆｖｉｓｃｏｅｌａｓｔｉｃｆｌｕｉｄｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ（Ｐｏｌｙａｃｒｙｌａｍｉｄｅ-ｔｈｅＰＡＡｓｏｌｕｔｉｏｎ）ｗｅｒｅｕｓｅｄｔｏａｎａｌｙｚｅｔｈｅｍｏｔｉｏｎｔｒａｊｅｃｔｏｒｙｏｆｒｉｓｉｎｇｂｕｂｂｌｅｓ．Ｉｔｗａｓｆｏｕｎｄｔｈａｔｔｈｅｂｕｂｂｌｅｔｒａｊｅｃｔｏｒｉｅｓｉｎｖｉｓ-ｃｏｅｌａｓｔｉｃｆｌｕｉｄｓｗｅｒｅｍａｉｎｌｙｄｉｖｉｄｅｄｉｎｔ

4、ｏｔｗｏｔｙｐｅｓ：ｓｔｒａｉｇｈｔｐａｔｈａｎｄｈｅｌｉｃａｌｐａｔｈ．Ｔｈｅｔｒａｊｅｃｔｏｒｙｏｆｔｈｅｂｕｂ-ｂｌｅｗａｓｒｅｌａｔｅｄｔｏｔｈｅｓｈａｐｅｏｆｂｕｂｂｌｅｓａｎｄｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｆｌｕｉｄ．Ｔｈｅｇｒｅａｔｅｒｔｈｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｂｕｂ-ｂｌｅｓ，ｔｈｅｅａｓｉｅｒｗａｓｔｈｅｃｈａｎｇｅｆｒｏｍｓｔｒａｉｇｈｔｐａｔｈｔｏｓｐｉｒａｌｐａｔｈ．Ｔｈｅｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｙｏｆｔｈｅｆｌｕｉｄｗｉｔｈｔｈｉｎｎｅｄｖｉｓｃｏｅｌａｓｔｉｃｓｈｅａｒａｌｓｏａｆｆｅｃｔｅｄｔｒａｊｅｃｔｏｒｙｏｆｔ

5、ｈｅｂｕｂｂｌｅｓ．Ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｔｈｅｓｏｌｕｔｉｏｎｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｗｏｕｌｄｃｈａｎｇｅｔｈｅｂｕｂｂｌｅｔｒａｊｅｃｔｏｒｙｇｒａｄｕａｌｌｙｆｒｏｍｓｔｒａｉｇｈｔｐａｔｈｔｏｓｐｉｒａｌｐａｔｈ．Ｓｃｒｅｗｄｉａｍｅｔｅｒｐｉｔｃｈｒａｔｉｏｒ／Ｌｉｎｄｉ-ｃａｔｅｄｂｅｎｄｉｎｇｄｅｇｒｅｅｏｆｔｈｅｓｐｉｒａｌ．Ｔｈｅｒ／ＬｖａｌｕｅｉｎｃｒｅａｓｅｄｐｒｏｇｒｅｓｓｉｖｅｌｙｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆＲｅ，ｆｉｎａｌｌｙｔｅｎ-ｄｅｄｔｏｂｅｓｔａｂｌｅ．Keywords：ｖｉｓｃｏｅｌａｓｔｉｃｆｌｕｉｄ；ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ

6、；ｓｈａｐｅ；ｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｙ涉及气泡运动的气液两相流广泛应用于工业多为非牛顿流体。半个世纪以来，许多学者对非生产过程中，如：能源、化工、生物、复合材料加工牛顿流体中的气泡运动过程做了大量的研［1］［2-4］等领域。在上述工业生产过程中，所涉及流体究。尽管在有些问题上已经取得一些重要的收稿日期：2016-05-31基金项目：国家自然科学基金（项目编号：21406141）；辽宁省博士启动基金（项目编号：20141078）；辽宁省教育厅科学研究一般项目（项目编号：Ｌ2014060）；沈阳航空航天大学博士启动基金（项目编号：15ＹＢ21）作者简介：李少白

7、（1982-），男，辽宁朝阳人，讲师，博士，主要研究方向：多相流动及其传热和传质过程，Ｅ-ｍａｉｌ：ｌｉｓｈａｏｂａｉ1982@163.ｃｏｍ。第5期李少白，等：粘弹性流体中气泡上升过程的轨迹89突破和进展，但在一些基本运动过程中还留有一些重要问题有待解决和研究，如非牛顿流体中的气泡上升轨迹、气泡聚合、气泡群的相互作用等一些问题的机理还未得到有效解决。在非牛顿流体中，气泡的运动轨迹与气液两［5-6］相之间的传热、传质有着密切的联系，所以对于非牛顿流体中气泡上升过程的运动轨迹的研究，有着十分重要的理论和实际意义。由于非牛顿流体复杂的流变性质