chapter 3 气泡动力学

—浮泡流动气液两相流反向流动同向流动第三种浮泡流动液泛浮泡过程：气相以分散的汽泡穿过液层；实际上就是气体流经孔口后，汽泡的形成和脱离过程。液泛：液相速度为零而气相速度向上的流动是在环状流动状况上产生的，即所谓的“液泛”的流动工况。单孔口的汽泡形成气流本身的动量浮力周围液体的对流表面张力汽泡长大液体对汽泡的反作用力粘性流体中液体对汽泡的阻力使汽泡脱离的力反作用力气流量较小时，汽泡上升引起的液体的对流作用不大，除了浮力和表面张力，其他可忽略不计：力平衡方程式：汽泡脱离孔板时的半径：上式只适应于孔口半径较小以及汽泡脱离半径大于的情况。hRbRhR3423bLGhRgR332hbLGRRg形成条件试验和理论研究中一般把汽泡形成条件分为三种：恒气流：气体流量经由孔板的大压降或者直接采用小直径导管来保持恒定。恒气压：采用孔板下面的大容积气室来保持气压恒定。中间条件：气室压力和进入汽泡的流量都随时间不断变化。形成过程膨胀阶段：汽泡形体膨胀，但不脱离脱离阶段：汽泡向上移动，脱离孔口，但仍然通过一个“颈”与孔口接触汽泡的脱离条件关于汽泡脱离条件的几种假定：Davidson&Schuler:Kumaretal:bZR式中：z是汽泡中心到孔口中心的距离；是汽泡脱离时的半径；为第一阶段结束时的汽泡容积。bRfV1334fbVzRs基于前人的实验测量，Gaddis&Vogelpohl假定：s-汽泡脱离时的直径；-汽泡脱离时的“颈”的长度。34dsds单一汽泡的浮泡流动分子压力：整个一层液体表面受到与页面垂直的方向朝向液体内部的力的作用，故液体表面层给整个液体一个压力，称为分子压力。表面张力：液体表面层中分子之间沿表面方向相互作用的引力大于排斥力，这种相互的作用力试图使液体的表面积收缩，这个力叫做表面张力。若只有以上这两种力作用，则液块趋于球形。曲面形状液块的压力差：式中：--表面张力系数（N/m）;,--曲面的两个相互垂直的截面的曲率半径（m）1R2R对于正球体，12RR上式可写为：2pR1211pRR2pR汽泡尺寸越小汽泡内外压差越大越容易保持球形可见：汽泡内的压力大于四周液体的压力并有：单个汽泡在水中上浮，其力平衡方程式：22LDLGuCAgV2LGbDLgVudCA式中：uAV-汽泡的上浮速度-汽泡的迎流投影面积-汽泡的体积整理得：若汽泡是直径为的球形，上浮速度为bd43bLGLgdu接近于700左右时，由于受到阻力会变形，各方向阻力不相等，所以汽泡的上升轨迹并不是垂直向上。eR4222420LGdDLgdLAdAddAuCuAC22LdudLCAddAAconst22dLuCuA4224LGDLguC阻力改变汽泡形状做的功等于汽泡表面能的变化：阻力和浮力相等：大的扁球形汽泡上浮速度与尺寸无关若体积不变：汽泡群的浮泡流动气流通过时，会被分裂成单个的蒸汽泡。汽泡在上升过程中引起水流的上升和下降，但二者相互补偿，水的平均流量为零11.3/21.0/30.7/zszszsumsumsums40.31/50.15/zszsumsums第一区段：逐渐增大。小汽泡结合，大汽泡分裂，形成稳定汽泡，位于分配孔板附近。第二区段：保持不变，又称稳定区段，高度决定于水层高度。第三区段：逐渐增加至=1通常用平均截面含气率来表征浮泡流动过程沿浮泡器筒体高度值的变化（）0.4pMPa高度对的影响沿浮泡器筒体高度值的变化（）0.4pMPa11.3/21.0/30.7/zszszsumsumsums40.31/50.15/zszsumsums对的影响zsu-蒸汽折算流速（m/s）zsu较小时，第二区域较小，第三区域高度不大，分界面清晰。zsuzsu增加，第二区域增大，第三区域高度也增加，分界面不明显。筒体直径和压力一定时，若很小，汽泡分散，流速保持一定，随的增加而增加。zsu当增加到一定值后，蒸汽泡成链状，消耗雨上浮的能量最小，故汽泡的流速增大，形成蒸汽链。当增加到某一值得时候，蒸汽链数目增加太多，被蒸汽带出的水不能排出，第三区域高度拉长，形成脉动性的浮泡流动。沿浮泡器筒体高度值的变化（）0.4pMPa11.3/21.0/30.7/zszszsumsumsums40.31/50.15/zszsumsumszsuzsuzsu沿浮泡器筒体直径的变化筒体中心蒸汽含量大筒壁附近，蒸汽含量小管径越小，不均匀性大所以小管径，主要沿管壁边缘流动压力增高差值减小浮力减小上浮速度减小增大压力对的影响LG