学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

气泡形成与运动过程的数值仿真研究

作　者: 于海靖
导　师: 董峰
学　校: 天津大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 气液两相流气泡形成气泡运动计算流体动力学数值模拟
分类号: O359.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 257次
引　用: 1次
阅　读: 论文下载

内容摘要

在能源、石化、制药、以及食品加工等工业过程中广泛存在着气液两相流过程。其中,气泡形成和运动过程的分析和描述是描述气液两相流动过程的基本问题。气泡的形成和运动规律与气液两相流动的工况条件密切相关,如果能够发现和准确描述气泡形成和运动过程中的影响因素,对分析气液两相流的流动机理、明确相关生产过程的工艺条件、提高生产效率具有一定的指导意义。本文以可视化垂直鼓泡塔物理实验装置为仿真对象,利用数值模拟技术研究气液两相流动过程中气泡的形成与运动过程,分析气泡周围环境对该过程的影响因素。主要开展以下工作:(1)通过剖分网格、指定边界条件、选择合适的湍流模型和算法、设置流体物理属性等参数等步骤,建立仿真模型。(2)结合仿真模型相分布图、压力分布图、速度矢量分布图、流线分布图,将气泡形成过程分为了慢速增长、快速增长、脱离三个阶段,解释了泡内压力逐渐减小的现象,回流对气泡形成的影响作用。分析了各种工况条件对气泡形成过程的影响:静接触角增大使气泡脱离时间和气泡脱离后的体积增大;气孔气流速率的增大使气泡脱离时间减小,但却使气泡脱离后的体积增大;孔径增大使气孔脱离时间减小,使气泡脱离后的体积增大;液体密度增大使两参数都增大;液体粘度对这两个参数的影响不大;表面张力增大使这两个参数线性增加。(3)结合气泡上升过程的速度分布,解释了气泡上升路径为“S”形。分析了各种工况条件对气泡运动的影响:气流速率增大,使气泡稳定速率增大,摆动频率减小,摆动幅值增大;液体粘度增大,气泡形状差异较大,摆动频率降低;表面张力增大,气泡更容易维持初始形状。对两个气泡见的相互作用,当一个气泡进入另一个气泡的尾流区,则加速上升,聚合成为一个更大的气泡。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-15
  1.1 课题背景及意义  8-9
  1.2 气泡形成及运动规律的研究方法及现状  9-13
    1.2.1 理论方法研究  9-10
    1.2.2 实验方法研究  10-11
    1.2.3 仿真方法研究  11-13
  1.3 课题主要研究内容  13
  1.4 论文组织结构  13-15
第二章 CFD 气泡数值模拟与仿真原理  15-26
  2.1 气泡CFD分析建模工具  16-20
    2.1.1 计算流体力学软件FLUENT介绍  16-17
    2.1.2 FLUENT采用的基本方程  17-18
    2.1.3 气泡数值模拟分析方法种类  18-19
    2.1.4 VOF模型概要  19-20
  2.2 气泡形成力学基础  20-22
    2.2.1 仅有浮力和表面张力的情况  20
    2.2.2 浮力、阻力、表面张力和惯性力并存的情况  20-22
  2.3 气泡形成及运动模型的建立  22-26
    2.3.1 气泡产生装置及其数值建模  22
    2.3.2 边界条件的设定  22-24
    2.3.3 湍流模型的选择  24-25
    2.3.4 其他算法和参数的选择  25-26
第三章气泡形成过程数值模拟与仿真分析  26-41
  3.1 单气泡形成过程  26-31
    3.1.1 单气泡形成相分布  26-28
    3.1.2 单气泡形成压力分布  28
    3.1.3 单气泡形成速度矢量分布  28-30
    3.1.4 单气泡形成流线分布  30-31
  3.2 静接触角（StaticContactAngle）对气泡形成影响分析  31-34
    3.2.1 静接触角的概念  31-32
    3.2.2 静接触角对气泡形成影响分析  32-34
  3.3 气流速度对气泡形成影响分析  34-37
  3.4 气孔孔径对气泡形成影响分析  37
  3.5 液体密度对气泡形成影响分析  37-38
  3.6 液体粘度对气泡形成影响分析  38-39
  3.7 表面张力对气泡形成影响分析  39
  3.8 本章小结  39-41
第四章气泡运动过程数值模拟与仿真分析  41-54
  4.1 单气泡运动过程数值模拟  41-43
  4.2 气流速率对气泡上升运动影响  43-46
  4.3 液体粘度对气泡上升运动影响  46-49
  4.4 表面张力对气泡运动规律的影响  49-50
  4.5 气泡的聚合过程  50-53
    4.5.1 垂直两相同直径气泡的聚合过程  51
    4.5.2 水平两相同直径气泡的聚合过程  51-52
    4.5.3 水平两相异直径气泡的聚合过程  52
    4.5.4 交错排列两相同直径气泡聚合过程  52-53
  4.6 本章小结  53-54
第五章总结与展望  54-56
  5.1 总结  54-55
  5.2 展望  55-56
参考文献  56-60
发表论文和参加科研情况说明  60-61
致谢  61

气泡形成与运动过程的数值仿真研究

内容摘要

全文目录

相似论文