气体流量和气泡尺度对涌升流流量影响的研究

摘要

水下注气液体提升理论对于研制高效率的河海化冰系统、海水营养盐提升系统等水下技术装备有着重要指导意义。该技术领域现有理论较为简单，未考虑气泡尺度等参数对涌升流的影响，无法提供较通用和较准确的工程设计准则。针对这些不足，本文围绕涌升流流量、气泡尺度、气体流量等参数之间的关系分如下六章进行研究：
　　第一章，阐述了该课题的研究背景和意义，综述了水下注气液体提升技术的理论研究现状，讨论了CFD在水下注气液体提升技术的应用前景和现状。同时，也概括了基本思路和主要研究内容。
　　第二章，首先对水下注气液体提升技术的机理进行了介绍。然后结合理论提出了符和实验要求的实验设计图。最后展示了专门设计制造的水下注气液体提升实验设备，并对设备的相关技术参数进行了介绍。
　　第三章，说明了气泡尺度研究的重要性。分析气泡尺度测量难度的基础上，提出了比较方便准确的气泡尺度测量方法，为后续实验的进行提供了保障。随后通过实验精确测量得到的数据后，提出了气泡尺度在上升过程中的变化规律，气体流量对气泡尺度的影响，以及气体流量对气泡尺度上升规律的影响。这些规律的得到，为研究气泡尺度对涌升流流量的影响提供了理论依据。
　　第四章，理论上分析了涌升流的相关特性的基础上，提出了准确测量涌升流流量的难度和方法。为明确这些孔板对气泡尺度的影响，课题结合图像处理及统计学的方法研究了不同孔板产生气泡的尺度分布。确定孔板的对气泡尺度的作用后，课题研究了气体流量对涌升流流量的影响以及气泡尺度对涌升流流量的影响。创造性的提出了相同气体流量下，气泡尺度越小，驱动的涌升流流量越大等结论。通过对实验数据和现存的理论的分析，修正了涌升流流量的计算公式，弥补了现有理论对气泡尺度缺失的不足，为工程设计提供了可靠依据。
　　第五章，介绍了气液两相流流型研究的重要意义。展示了气液两相流流型图。在说明气液两相流重要参数的基础上，提出了研究气液两相流的基本方程。最后对两相流模型进行了分类。
　　第六章，阐述了计算流体力学及其一般处理问题的思路。简单普及与课题相关的网格划分基础知识后，提出了水下注气液体提升网格模型的划分方法，并展示了划分完后的网格图。阐明Fluent两相流模型之间的区别后，详细介绍了该软件气液两相流模拟的相关设置。处理得到水下注气液体提升的数值模拟结果后，课题将其与实验结果进行了对比分析。结果实验结果和数值模拟显示了相同的规律。

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第一章 绪论

第二章 实验设备

第三章 气泡尺度上升规律实验研究

第四章 气泡尺度对涌升流流量的影响研究

第五章 多相流体力学基础

第六章 水下注气液体提升数值模拟

第七章 总结与展望

致谢

参考文献

附录