超重力下气泡聚并破碎特性的数值分析

摘要

气泡广泛存在于自然界及工业生产中,气泡的聚并破碎现象对气液两相流动及传热传质行为有重要的影响,研究气泡在超重力场下的聚并破碎现象对工业生产具有重要的意义。计算流体力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)与群平衡模型(Population Balance Model, PBM)耦合能有效地模拟气液两相流动,且可以对气泡的聚并与破碎行为进行模拟。通过用户自定义函数(User Defined Functions, UDF)在径向上添加恒定力场,运用CFD-PBM耦合模型对超重力场中的气液两相流进行了模拟研究,探究超重力场对气泡运动行为及聚并破碎特性的影响,并对超重力场中气泡的聚并破碎机理进行探究。研究表明,超重力场对气泡的聚并破碎有着显著的影响,当超重力场强度较小时其主要影响气泡的聚并,大气泡含量较多,气泡尺寸分布较窄;随着超重力场强度的增加,气泡的破碎行为逐渐增强,小气泡的含量显著增多,气泡的尺寸分布变宽。