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表面活性剂溶液中同轴上升双气泡的碰撞行为
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作者 郭凯 刘鲲 +3 位作者 郑龙云 魏宏旭 苏文龙 刘春江 《天津大学学报(自然科学与工程技术版)》 北大核心 2025年第10期1045-1056,共12页
气泡碰撞是气泡流领域的重要科学问题之一.微量的表面活性剂会引起气泡运动行为的显著变化,然而其对气泡-气泡碰撞行为的影响规律却鲜见报道.本研究使用高速摄像观测同轴上升双气泡(N2气泡,直径均为4.2 mm)在十六烷基三甲基溴化铵(CTAB... 气泡碰撞是气泡流领域的重要科学问题之一.微量的表面活性剂会引起气泡运动行为的显著变化,然而其对气泡-气泡碰撞行为的影响规律却鲜见报道.本研究使用高速摄像观测同轴上升双气泡(N2气泡,直径均为4.2 mm)在十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)溶液中的自由上升过程,利用虚拟双目立体视觉系统和气泡三维重构代码精确获取气泡上升过程中的特征参数.实验结果表明,CTAB溶液中气泡的碰撞频率显著高于超纯水,且随CTAB溶液浓度升高而升高.根据实验结果,对气泡碰撞频率与CTAB浓度的关系进行了拟合,得到了关于碰撞频率的经验关联式.实验还观察到两变形气泡碰撞后出现聚并、推动、并排和超越4种现象.统计了上述4种现象在CTAB溶液中出现的频率.进一步对运动行为进行相关性分析,根据滞帽模型的描述,表面活性剂分子在气泡表面的积累抑制了气泡运动在水平方向上的振荡,导致水平方向气泡运动距离大幅变小,从而使得气泡碰撞频率提高,碰撞频率最高可达0.83,远高于超纯水中的0.13.本研究揭示了表面活性剂溶液中两气泡碰撞的新现象,并探讨了碰撞机理,得到了影响气泡碰撞频率的主要因素之一——气泡之间的水平距离,并从单气泡流场分布的角度进行了初步的理论分析. 展开更多
关键词 气泡 气液两相流 气泡碰撞 表面活性剂 气泡聚并 表面污染
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气液固流化床直接数值模拟研究进展 被引量:1
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作者 马永丽 安澍 +1 位作者 杨捷 刘明言 《化工学报》 北大核心 2025年第8期3772-3788,共17页
气液固流化床在化工等过程工业中有着广阔的应用前景。但是,由于流动的复杂性(多尺度、非稳态和非线性等)和测试方法以及机理模型的局限性,还难以对其进行科学设计和放大。基于计算流体力学的数值模拟是量化描述三相流动的有效途径。三... 气液固流化床在化工等过程工业中有着广阔的应用前景。但是,由于流动的复杂性(多尺度、非稳态和非线性等)和测试方法以及机理模型的局限性,还难以对其进行科学设计和放大。基于计算流体力学的数值模拟是量化描述三相流动的有效途径。三相流数值模拟方法分为模型化方法和直接数值模拟方法。其中,直接数值模拟是在没有引入曳力模型等的条件下,从微观尺度解析气泡、颗粒和流体间的相互作用,可以揭示气液固三相间的相互作用机理,是重点关注的方法。综述了常用的多相流动直接数值模拟方法,包括流体体积法、水平集法、界面跟踪法、浸没边界法、虚拟区域法、格子玻尔兹曼法和光滑粒子动力学法等,并分析了各种模拟方法的优势和不足,之后对三相流直接数值模拟的研究进展进行了评述,最后给出了目前三相流数值模拟方法存在的问题以及今后进一步研究的方向。 展开更多
关键词 气液固流 多相流 流态化 计算流体力学 直接数值模拟
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布置级间导流板的二级气升式环流反应器的流动与传质规律研究
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作者 潘涛 卢哲 +3 位作者 宋文杰 郑龙云 郭凯 刘春江 《天津大学学报(自然科学与工程技术版)》 北大核心 2025年第10期1057-1068,共12页
通过在二级气升式环流反应器的两级之间布置导流板以抑制级间液相返混,在反应器内形成级内全混流、级间平推流的流型是强化多相传递与反应过程的有效方法之一.本文对连续操作时不同表观液速下的布置级间导流板的二级气升式环流反应器内... 通过在二级气升式环流反应器的两级之间布置导流板以抑制级间液相返混,在反应器内形成级内全混流、级间平推流的流型是强化多相传递与反应过程的有效方法之一.本文对连续操作时不同表观液速下的布置级间导流板的二级气升式环流反应器内的流动与传质规律进行了研究.首先,通过实验测量获得了反应器内的气含率、气泡索特平均直径和体积氧传质系数.随后,建立了流动与传质过程的计算流体力学模型,并将模拟结果与实验结果进行对比.通过对比发现模拟结果与实验结果的变化趋势保持一致,气含率的分布规律也基本一致.考虑到反应器中流动状态的不稳定性,模拟误差可认为在可接受的范围内,同时确定了气液传质模型的模型参数.最后,基于数值模拟结果对不同表观液速下环流反应器内的流动和传质特性进行了分析.模拟结果显示随着表观液速增大,反应器内各级局部气含率、循环液速均增大,第1级内气泡平均尺寸减小,第2级内气泡平均尺寸基本不变.同时该反应器内级间形成明显的轴向浓度梯度,形成了级内全混流、级间平推流的流型.相比于间歇操作方式,连续操作时反应器的传质系数增加,且传质系数随表观气速的增加而增加,随表观液速的增加变化不明显. 展开更多
关键词 环流反应器 气液两相流 气液传质 计算流体力学 气泡群
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聚酰胺薄膜界面聚合动态观测与微观机制研究 被引量:1
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作者 王若湲 杨天祥 +1 位作者 张会书 赵颂 《膜科学与技术》 北大核心 2025年第4期32-42,共11页
本研究采用粒子图像测速技术对聚酰胺薄膜的界面聚合成膜过程进行实时动态观测。结合流体动力学分析、形貌表征及分离性能测试,系统揭示了成膜过程的微观机制及其对膜结构与性能的影响。研究结果表明,聚酰胺界面聚合过程可分为单体扩散... 本研究采用粒子图像测速技术对聚酰胺薄膜的界面聚合成膜过程进行实时动态观测。结合流体动力学分析、形貌表征及分离性能测试,系统揭示了成膜过程的微观机制及其对膜结构与性能的影响。研究结果表明,聚酰胺界面聚合过程可分为单体扩散反应、马兰戈尼调控和薄膜自抑制三个关键阶段,各阶段展现出独特的流体力学行为。聚酰胺复合膜的渗透通量和截留率与成膜过程呈现出显著的对应关系。研究阐明了流体动力学行为与薄膜形成之间的内在联系,为聚酰胺复合膜的制备工艺优化及性能调控提供了理论支撑。 展开更多
关键词 聚酰胺薄膜 界面聚合 粒子图像测速 流体动力学 性能优化
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微气泡气液固流化床气液传质特性
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作者 高帅 马永丽 刘明言 《化工进展》 2025年第10期5590-5598,共9页
气液固流化床因具有高效的相间接触、混合和传质特性,被广泛应用于工业反应器。因微气泡具有较大的比表面积、较长的停留时间,将微气泡与气液固流化床相结合,形成新型高效微气泡气液固流化床,对于需要提高气液传质速率的化学反应体系具... 气液固流化床因具有高效的相间接触、混合和传质特性,被广泛应用于工业反应器。因微气泡具有较大的比表面积、较长的停留时间,将微气泡与气液固流化床相结合,形成新型高效微气泡气液固流化床,对于需要提高气液传质速率的化学反应体系具有较大的应用潜力。目前尚未见到开展气液固流化床微气泡气液传质特性研究的报道。本文搭建了微气泡气液固流化床实验装置系统,采用动态溶氧法,研究了操作条件、颗粒静止床层高度和颗粒尺寸等特性对微气泡气液传质性能的影响。研究结果表明,气液体积传质系数受气液相界面积和液侧传质系数的影响,随表观气速和主水流表观液速的增大而增大,随颗粒静止床层高度和颗粒尺寸的增大而减小。气液相界面积同时受气含率和气泡尺寸的影响,受气含率的影响更强。气液相界面积随着表观气速和主水流表观液速的增大而增大。在采用水、空气、玻璃珠颗粒为三相介质的微气泡气液固流化床中,当主水流表观液速为111.11mm/s、辅水流表观液速为55.56mm/s、温度为20℃、表观气速从3.33mm/s增大到15.33mm/s时,气液相界面积由77.09m^(-1)增大到229.43m^(-1)。随着颗粒静止床层高度和颗粒尺寸的增大,固含率增大,气液相界面积减小。增加流体表观速度和颗粒静止床层高度,可以强化微气泡三相流化床内的湍流流动,增大液侧传质系数。 展开更多
关键词 流化床 多相流 微气泡 气液传质
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