气泡上浮去夹杂物理模拟研究

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水体中的气泡在许多领域都扮演着重要的角色,发挥着重要作用。气泡上浮去夹杂在许多领域都有相关研究,气泡与颗粒之间的相互作用行为研究一开始起源于矿物加工中的浮选。后来,冶金工业、医药行业、江湖水质净化领域都有相关研究。在冶金工业中,非金属夹杂物含量是衡量钢质量的重要指标之一,钢液中的主要非金属夹杂物二氧化硅和三氧化二铝都具有较大的接触角,在气泡上浮过程中夹杂物容易被气泡捕获,因此气泡上浮去夹杂在冶金工业中被认为是一种较有发展前途的去夹杂方式。对于钢液中气泡上浮去夹杂的研究只能通过模拟和理论分析进行。气泡上浮去夹杂的方式有两种:小气泡与颗粒之间的碰撞黏附形成动态的三相聚合团去除、大气泡或气泡群上升过程形成尾流区卷吸颗粒带动上浮。两种去夹杂方式并没有明确的界定。前人对小气泡与颗粒的黏附行为研究主要为气泡大小、颗粒粒径、颗粒接触角、吹气速率等对气泡黏附颗粒的影响,但对大气泡尾流卷吸颗粒的研究较少,本课题研究气泡尾流夹带的因素有:颗粒进入尾流区起始时刻与气泡的水平方向距离、气泡以及颗粒大小、连续性气泡、溶液温度、溶液黏度、以及溶液表面张力系数。本课题通过物理实验的方式对气泡去夹杂行为进行研究,通过高速摄影仪获取气泡与颗粒的相互作用图片,再通过image pro plus6.0来处理图片获取相关参数并做出气泡与颗粒的速度随时间变化图和颗粒被卷吸带动的高度图来分析各因素对气泡尾流夹带颗粒的影响。本课题得到的主要结论有:(1)气泡与颗粒的黏附实验中,气泡越小,气泡与颗粒黏附后就越不容易从气泡底部脱落,并且气泡与颗粒的碰撞滑落时间会大于气泡与颗粒的黏附时间,颗粒与气泡黏附后也会受到周围力的作用滑落到气泡底部。(2)在气泡尾流夹带颗粒实验中,气泡越大,颗粒在X轴方向、Y轴方向被带动距离明显增大,在尾流区中的平均上升速度也越大。而单位体积气泡带动的效果反而是气泡越小,带动的高度越高。(3)对于连续性气泡,颗粒二阶段在尾流区中X轴方向和Y轴方向被带动的距离比一阶段的要大,且Y轴方向被带动的效果比X轴方向带动的要大,此外颗粒二阶段的运动平均速度也比颗粒一阶段的要大。(4)对于溶液性质的不同,本实验中溶液温度的不同对气泡卷吸颗粒的带动效果并没有影响,当溶液黏度越大时,颗粒在尾流区中的平均运动速度就越小,颗粒X轴方向和Y轴方向被带动的距离也越小。当溶液表面张力系数越大,气泡越趋向球形,颗粒在尾流区Y轴方向的平均速度不受影响,颗粒在Y轴方向被带动的高度和X轴方向带动距离没有明显影响。
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