超亲气壁面上气泡倾斜滑移及测量方法研究

来源 :中国计量大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yao_huaxin
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在细胞孵化、矿物浮选、电解等自然界和工业过程中利用超亲气壁面实现气泡的定向输运具有极为广阔的应用前景。本文利用高速阴影成像技术分别研究了竖直和倾斜超亲气壁面上的气泡滑移运动特性及动力学机理。在竖直壁面内,研究了体积为7.3μL,等效直径为2.4mm的气泡在不同的轨道倾角(α=7.5°~85°)及轨道宽度(W=0.5~5mm)的超亲气轨道上的滑移特性。根据倾角和宽度将气泡形态分为七个区:球形区、分裂区、多峰区、双峰区、单峰区、耗散区以及直线区,首次发现了气泡滑移耗散区的存在。球型区气泡形状近似为球型,运动速度与气泡自由上浮的速度相近,轨道倾角是其关键影响因素。非球形区气泡速度均高于自由上升气泡速度,最大速度可达1.0m/s。除W=1mm外,非球形区气泡上升速度取决于轨道宽度,受轨道倾角的影响较小。在倾斜壁面内,研究了体积为7.3μL,等效直径为2.4mm(We=7~13,Re=500~700)的气泡在不同轨道倾角(α=45°~75°)及方位角(β=-90°~90°)的超亲气轨道上(W=2mm)的运动特性。气泡在倾斜轨道上的滑移速度基本维持匀速,气泡的滑移形态为多脊型。根据气液界面在滑移过程中的波动情况,可划分为两种:波动型气泡和稳定型气泡,稳定型仅出现在大方位角,小倾角(45°≤α<70°,|β|≥45°)工况下。气泡的滑移速度随β的变化表现出与α相关的两种规律:当倾角小于65°,气泡的滑移速度为关于β=0°的正弦单峰分布,且滑移速度在β=0°时最大。当倾角大于等于70°时,不同方位角下气泡速度基本稳定。方位角和轨道倾角对气泡的驱动力及迎风面积有显著影响,而后两者对气泡在倾斜轨道上的滑移速度和气液两相界面的稳定性至关重要。
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