壁面及膜附近空化泡动力学行为的可视化实验研究及膜清洗机制探讨

来源 :华北电力大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:yangyp88
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空化泡在复杂边界附近溃灭的动力学行为因涉及多相流动、高速射流、漩涡流动等多种现象,因此其溃灭机理十分复杂,亟待深入探讨。本文采用高速相机实验系统对单个空化泡在壁面边缘及弹性膜附近溃灭的动力学行为进行了较为系统的可视化实验研究,通过典型的实验图像详细地展示了空化泡的溃灭过程,并进一步针对空化泡形心移动、泡壁变形及高速射流等重要的动力学特征进行了定量分析。本文的创新性工作内容如下:首先,本文研究了位于固体壁面边缘处在对称轴上产生的空化泡的溃灭过程。根据无量纲参数α将空化泡溃灭过程中的典型现象分为三种情况,并详细分析了这三种溃灭情况下的空化泡泡壁运动、形心运动、溃灭时间及空化泡非球形特征等。结果显示,当α较大时,其动力学行为特征与空化泡在无限大流场内的溃灭过程类似。当α中等时,空化泡形心移动范围最大。当α较小时,空化泡溃灭所用的时间明显变长。对于空化泡非球形特征的分析中,对比溃灭初期,空化泡在溃灭末期的泡壁运动速度更快,空化泡的形态转变更为显著。其次,本文研究了空化泡位于固体壁面边缘处更为一般性的非对称布置时的溃灭过程,并与对称轴上的空化实验现象进行了详细的对比。基于实验数据,进一步围绕空化泡在第二振荡周期内产生的汽泡分团现象、射流现象和形心移动现象进行了定量讨论。研究表明,汽泡分团现象随实验参数的变化可分为两种模式。第一种模式汽团沿上壁面向左运动;第二种模式汽团分成两部分后分别沿上壁面和右壁面运动。此外,在第二振荡周期内,空化泡产生的指向壁面边缘处的射流的角度随无量纲数α的增大而减小,而形心移动角度随着空化泡偏离对称轴的角度(γ)的增大而增大。最后,本文研究了空化泡在弹性膜清洗过程中的微观物理机制,对有无污染物时的空化泡动力学行为进行了对比分析。基于若干典型的实验图像,定性讨论了无量纲距离和弹性膜厚度对实验结果的影响。研究表明,空化泡的动力学行为基本上不受有无污染物的影响。随着无量纲距离的变化,空化泡展现出三种典型的振荡过程。随着膜厚度的增大,可进行有效膜清洗的无量纲距离范围逐渐增加。
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