气泡动力学

摘要： 基于多孔或微结构表面润湿性改性的核态沸腾强化传热,已得到广泛研究。利用CFD-VOF数值模拟方法,针对单晶硅微柱表面单气泡的生长及脱离过程,进行表面浸润性分段调控,实现气泡沸腾换热的全程强化。分别调控初始接触角为48°、60°、90°和110°后,同一时刻(t=0.152 ms)变接触角为20°,对比研究分段调控浸润性对气泡动力学过程与表面换热性能的影响。结果表明:疏水性可提高气泡生长速率,增强微柱表面对气泡的黏附力,促进气泡在微结构缝隙内的横向铺展;t=0.150 ms时接触角为110°表面上气泡与底面接触面积增加1.3倍,微层蒸发功率增加1.2倍。需要指出的是,毛细效应随颗粒粒径变化趋势受到多孔介质复杂孔隙结构特征的影响。在当前粒径范围内,认为其具有正相关关系,但在更大范围内的对应关系,还需要在未来进一步深入揭示。

摘要： 采用五轴联动数控加工制备了具有微沟槽结构表面的铜基样品,利用池沸腾实验研究了微沟槽结构对沸腾传热和气泡产生、长大、脱离的影响。结果表明,具有微沟槽结构表面的样品沸腾换热性能明显优于具有光滑表面的样品;随着样品沟槽宽度的减小,临界热通量及换热系数均不断增大,换热性能明显提升。

摘要： 过冷流动沸腾中的流动和传热特性对反应堆的安全运行和经济性都具有重要意义。过冷流动沸腾起始于ONB点,结束于Tsat点,中间被OSV点划分为高过冷流动沸腾段和低过冷流动沸腾段,不同阶段流场情况以及气泡行为存在较大区别。目前关于过冷流动沸腾过程的研究主要基于宏观实验、理论研究和数值模拟,随着气泡动力学的发展,从微观层面揭示沸腾机理变得可行。本文基于气泡动力学和气泡边界层模型,提出了一套预测过冷流动沸腾的理论模型,采用分相模型,将流场在径向上划分为多个区域,通过1组准二维控制方程,将各区域内的气泡行为,区域间的质量、动量和能量交换以及两相参数沿轴向的变化情况考虑在内,利用获得的边界层流场信息,可确定ONB点和OSV点。模型与空泡份额和流体温度的实验结果符合良好,并成功应用于核反应堆燃料元件通道的过冷流动沸腾计算。

摘要： 基于Matlab图形用户界面(GUI),设计了具备交互功能的气泡动力学数值计算与仿真软件。软件可根据用户自行设定的参数,使用差分方法对超声驱动下单气泡和双气泡的脉动和平移进行数值计算。计算得到的半径和位置随时间变化的曲线将显示在图形界面上。同时,也会通过二维或三维动态图实时展示气泡脉动和平移的过程。该软件操作简单,能将计算结果直观地展示给用户,有利于增强学生对气泡动力学的理解,对开展声学开放式教学有积极的意义。

摘要： 探索方波驱动下双气泡的脉动规律,能够促进方波在声空化工程中的实际应用。该文通过数值求解双气泡耦合方程组,研究了方波驱动下双气泡的动力学行为,得到了多种条件下不同时刻两个气泡半径的数值,并以此计算出气泡间的次Bjerknes力。研究表明,方波驱动下的两气泡收缩时能够达到的最高温度和压强显著高于正弦波驱动下的情况。在方波驱动下,增大驱动频率会使得两个气泡膨胀时能达到的最大半径和次Bjerknes力减小。当两个气泡的平衡半径不同时,其中一个气泡的剧烈收缩会使得另一个气泡产生一个振动方向相反的声脉冲。随着两个气泡平衡半径差距的增加,气泡收缩的时间间隔增大。此外,当驱动声压幅值逐渐增大时,气泡脉动规律也会发生很大的变化。

摘要： 目的超声空化是诸多超声治疗的关键作用机制,为提高以空化效应为作用机制的超声治疗效率,需探究空化气泡在不同参数下的动力学特性。方法在Keller-Miksis模型的基础上,考虑传热模式对空化气泡振动特性的影响以及气体不可无限压缩的事实,建立了一个改进的液体中单个超声空化气泡仿真模型,并分析了不同传热模式、空化气泡参数、液体参数和声场参数下的超声空化气泡动力学过程。结果在等温、等温-绝热、绝热3种不同传热模式下,超声空化气泡动力学过程基本一致;当空化气泡初始半径小于共振半径时,可以增强超声空化效应;随着液体表面张力、液体黏滞系数、液体饱和蒸汽压的增大,超声空化效应减弱;空化气泡的最大瞬态振动半径一方面随着激励频率的增大而明显减小,另一方面随着声压幅值的增大而明显增大。结论本文基于Keller-Miksis模型构建了一个更接近实际情况的单泡动力学仿真模型,并讨论了不同参数下的超声空化气泡动力学行为。这为超声空化瞬态物理研究以及有选择性地增强或抑制空化效应从而实现精准高效的超声治疗提供了有效参考。

摘要： 利用不同的改性方法对多孔泡沫铜表面进行浸润性改性处理,并制备了一系列具有不同疏水性的吸气板,系统研究了悬挂吸气板对沸腾单气泡生长、脱离阶段的影响。结果表明,不同吸气高度和吸气浸润性均对沸腾气泡动力学特性具有重要影响。当吸气高度小于气泡最大生长高度时,吸气板可实现强制气泡脱离并有效减小气泡最大脱离直径。当吸气板表面浸润角为150°时,吸气效果最佳,最短可将脱离阶段缩短至3 ms,最大瞬时吸气速率可达5.46 mm^(3)/ms,为浸润角是100°吸气板吸气速率的3.96倍。耦合控制吸气板的吸气高度、浸润性和换热表面的微结构可共同实现对气泡生长阶段的提前干预和对脱离阶段的强制促进,真正实现沸腾动力学的全程强化。

摘要： 有压长输水管道系统在设计时,已经充分考虑到管道系统的排气问题,但在一些不利工况下,输水管道中会出现气泡,并在管线局部高点聚集形成气团,严重影响供水管线系统的正常运行。目前对有压输水管道中气泡起动临界流速的研究表明,气泡起动临界流速与管道内的水流流速、管道倾角等密切相关。但是不同研究结果得到的规律差异很大,相关机理尚不明晰,对于气泡体积等因素对气泡起动临界流速影响的研究成果较少,制约了输水工程进排气方案的合理设计,需对有压输水管道中气泡起动临界流速进行更加深入的研究。

摘要： 有压长输水管道系统在设计时,已经充分考虑到管道系统的排气问题,但在一些不利工况下,输水管道中会出现气泡,并在管线局部高点聚集形成气团,严重影响供水管线系统的正常运行.目前对有压输水管道中气泡起动临界流速的研究表明,气泡起动临界流速与管道内的水流流速、管道倾角等密切相关.但是不同研究结果得到的规律差异很大,相关机理尚不明晰,对于气泡体积等因素对气泡起动临界流速影响的研究成果较少,制约了输水工程进排气方案的合理设计,需对有压输水管道中气泡起动临界流速进行更加深入的研究.

摘要： 微结构耦合浸润性调控是目前强化核态沸腾换热的主要手段,针对水工质在单晶硅微柱表面的核态沸腾过程,采用CFD-VOF三维数值模拟方法,对比研究时间及空间分别调控表面浸润性对沸腾气泡动力学、相界面形变及传热性能的影响.结果表明:亲水性增强使得气泡界面曲率增大、合力增强,促使气泡的脱离;空间调控主要表现为增大气泡体积,时间调控则主要表现为优化气泡动力学过程,提高热流较大的生长阶段在整个气泡周期内的占比,从而强化换热;本实验工况下,空间梯度浸润表面以及在生长阶段提高壁面亲水性,均可大幅度提高单气泡沸腾换热性能,平均热流最大可提高42.7％;考虑微尺度下梯度浸润性加工难度,时间调控浸润性强化沸腾换热具有更好的发展前景.

摘要： 本文运用气泡动力学方程和物态方程得到发光气泡内部的温度和压强值.同时结合特征光谱的展宽机制,从理论上计算了特定的温度和压强值对应的多普勒展宽和碰撞展宽.通过分析两种展宽随气泡半径的的变化关系,揭示了适用于声致发光特征光谱的展宽源,为气泡动力学模型和光谱展宽模型的相互验证提供了一种思路.

摘要： 本文通过数值仿真计算，提出了一种基于有限元理论研究包膜气泡振动及相互作用的方法。这种方法可以实现超声作用下多气泡动力学行为的实时仿真，并在此基础上分析了双气泡在超声驱动之下的相互作用。通过对气泡半径及气泡间距离随时间演化行为的研究及相应的频谱曲线分析，验证了气泡间的相互吸引或排斥行为将随超声驱动频率不同而发生改变的情况。

摘要： 实验研究了在水平放置的低高宽比聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane，PDMS)微槽道(300?m×60?m)内的局部位置给予恒定热流密度条件下气泡的核化沸腾,生长和运动情况,实验中的工质采用FC-72，并用真空泵抽至室温下的饱和气压,获得了一系列在不同流量和加热热流密度下微槽内气泡的生长运动图片并进行了相关分析.

摘要： 采用可视化方法实验观测竖直平板上淬冷沸腾的模态转变和气泡动力学现象，发现淬冷沸腾主要经历自然对流、初始核化、过渡沸腾和核态沸腾阶段。初始温度与主流温度显著影响淬冷沸腾的传热性能，初始温度较高时沸腾曲线将出现多个极大热流值，而主流温度升高则引起传热性能下降。

摘要： 在超声作用下，液体中微气泡核被激活并产生脉动，表现为膨胀，收缩和崩溃等动力学过程。当声压足够大时，由于声空化效应，泡核在液体中会产生高温高压，并发生声化学反应。Feng等发现随着超声强度的增加，声化学反应经历三个阶段:首先迅速增大并达到饱和，然后迅速下降，随着声强的增加再缓慢增大。本文利用气泡动力学观察声化学反应过程，结果表明泡内温度随着声压的增大分为三个阶段，先是非线型增加，达到一个极大值后迅速下降，随后再缓慢上升。与已发表的实验观测结果相一致。

摘要： 对于切变模量极小的软媒质，理论与实验已证明了气泡的存在会导致强非线性效应的出现。在实际情况中，气泡振动行为受到诸多效应的影响，如媒质的粘弹性、气泡壁上的表面张力、气泡周围存在的包膜以及媒质周围的环境压力等。所有这些效应均改变着气泡的振动状态，从而对含气泡软媒质的声学特性造成显著的影响。因此，提出一种可正确描述这些效应对此类媒质非线性的影响的理论方法显得尤为重要。本文基于Zabolotskaya等人的气泡动力学模型，提出了含气泡软媒质适用的等效媒质方法，导出了描述三维情形下基波与二次谐波的传播特性的方程，可有效计及上述各种效应的影响作用，通过在不同情况下与现有理论进行比较，证明了该方法在计算含气泡软媒质等效声参量方面的正确性及必要性。

摘要： 气泡合并是在工业和自然中常见的两相流现象,研究了解其物理机制具有重要意义.采用流体体积方法(VOF)耦合连续表面张力(CSF)模型,模拟了黏性液体中共线双气泡的合并过程.研究了初始间距(s/ro)、伽利略数(Ga)、密度比(η)、黏性比(λ)对气泡合并过程的影响.结果 表明:①不同初始间距时,会产生不同的耦合现象(合并或穿透);②增大Ga,合并会提前发生;③η减小增大气泡的上浮速度,使合并更快发生;④λ对气泡合并的影响可以忽略.

摘要： 气泡合并是在工业和自然中常见的两相流现象,研究了解其物理机制具有重要意义.采用流体体积方法(VOF)耦合连续表面张力(CSF)模型,模拟了黏性液体中共线双气泡的合并过程.研究了初始间距(s/ro)、伽利略数(Ga)、密度比(η)、黏性比(λ)对气泡合并过程的影响.结果 表明:①不同初始间距时,会产生不同的耦合现象(合并或穿透);②增大Ga,合并会提前发生;③η减小增大气泡的上浮速度,使合并更快发生;④λ对气泡合并的影响可以忽略.

摘要： 气泡合并是在工业和自然中常见的两相流现象,研究了解其物理机制具有重要意义.采用流体体积方法(VOF)耦合连续表面张力(CSF)模型,模拟了黏性液体中共线双气泡的合并过程.研究了初始间距(s/ro)、伽利略数(Ga)、密度比(η)、黏性比(λ)对气泡合并过程的影响.结果 表明:①不同初始间距时,会产生不同的耦合现象(合并或穿透);②增大Ga,合并会提前发生;③η减小增大气泡的上浮速度,使合并更快发生;④λ对气泡合并的影响可以忽略.

摘要： 气泡合并是在工业和自然中常见的两相流现象,研究了解其物理机制具有重要意义.采用流体体积方法(VOF)耦合连续表面张力(CSF)模型,模拟了黏性液体中共线双气泡的合并过程.研究了初始间距(s/ro)、伽利略数(Ga)、密度比(η)、黏性比(λ)对气泡合并过程的影响.结果 表明:①不同初始间距时,会产生不同的耦合现象(合并或穿透);②增大Ga,合并会提前发生;③η减小增大气泡的上浮速度,使合并更快发生;④λ对气泡合并的影响可以忽略.

摘要： 本发明涉及矿物浮选技术领域，尤其涉及一种气泡碰壁过程动力学行为观测装置及控制和观测方法。该装置包括气泡发生单元和用于承接气泡的液体环境观测槽，液体环境观测槽内设有用于与气泡发生碰撞的壁面，壁面设置在气泡发生单元上方，并垂直于气泡发生单元所产生的气泡在液体环境观测槽内的运动路径；壁面连接力传感器和运动控制单元，运动控制单元控制壁面在液体环境观测槽内的与气泡的碰撞速度；液体环境观测槽外部还设置有拍摄装置。本装置结构简单，通过调节壁面静止或进行上升、下落运动，改变其与气泡间的碰撞相对速度，模拟实际多相流体系中存在相对运动时气泡和固体间碰撞动力学行为，为气泡碰壁动力学行为预测研究提供参考。

摘要： 一种用于改善具有焊缝的海洋船舶的流体动力学轮廓和污染特性的方法，该焊缝形成在船舶水线以下的表面上突起的焊帽。该方法包括通过将整流件应用到水下表面来修正焊缝，例如通过使用填充物。一种具有整流件的船舶以及一种用于船舶并且包括整流件的覆层系统。

摘要： 按本发明的行驶动力学调节系统具有电子的行驶动力学控制单元，该行驶动力学控制单元与至少一个驱动控制单元连接并且构成为，使得该行驶动力学控制单元首先确定额定打滑值或者额定打滑范围和作为参考速度的实际车速。在此，在相应的实际行驶情况中，优选通过用于惯性滑行的最小允许的额定打滑值和用于牵引运行的最大允许的额定打滑值来设定额定打滑范围。按第一替选方案，根据额定打滑值或额定打滑范围将额定转速或额定转速范围输出给所述至少一个驱动控制单元。按第一替选方案的转速范围由在这种行驶情况中的最大允许的驱动打滑值和减速打滑值来计算。按第二替选方案，额定打滑值与参考车速一起直接输送给所述至少一个驱动控制单元，该驱动控制单元由此本身确定在马达层面上的额定转速。在第二替选方案中，类似于第一替选方案，取代额定打滑值，也可输出额定打滑范围，该额定打滑范围由驱动控制单元又换算成额定转速范围。

摘要： 本发明涉及矿物浮选技术领域，尤其涉及一种气泡碰壁过程动力学行为观测装置及控制和观测方法。该装置包括气泡发生单元和用于承接气泡的液体环境观测槽，液体环境观测槽内设有用于与气泡发生碰撞的壁面，壁面设置在气泡发生单元上方，并垂直于气泡发生单元所产生的气泡在液体环境观测槽内的运动路径；壁面连接力传感器和运动控制单元，运动控制单元控制壁面在液体环境观测槽内的与气泡的碰撞速度；液体环境观测槽外部还设置有拍摄装置。本装置结构简单，通过调节壁面静止或进行上升、下落运动，改变其与气泡间的碰撞相对速度，模拟实际多相流体系中存在相对运动时气泡和固体间碰撞动力学行为，为气泡碰壁动力学行为预测研究提供参考。

摘要： 本发明公开了一种运动条件下气泡动力学参数确定方法，步骤如下：1、采集六自由度运动条件下气泡动力学特性研究试验中气泡运动过程气泡行为图像信息；2、对步骤1中图像信息进行处理；3、基于步骤2中图像信息的处理结果，建立气泡上升速度的关系式；4、基于前三步，分析气泡速度、气泡表面的作用力及气泡形状机理模型，建立Re‑Eo数的关系式，得到运动条件下气泡速度、形状及尺寸的内部联系；5、绘制运动条件下气泡速度‑尺寸‑形状查询图。本发明可以为核动力系统运动条件下，气泡速度‑尺寸‑形状预测提供理论基础。

摘要： 一种六自由度运动条件下气泡动力学特性研究试验装置及方法，该装置主要包括六自由度运动模拟平台、连续注气系统、透明试验段、高速摄像系统及远程计算机；连续注气系统包括高精度直线模组、流向控制管路、注射器及毛细管接头，该系统可实现气体连续、稳定注射，并可以精确测量气体注入流量，通过调节毛细管接头尺寸，可以控制注入气泡直径；高速摄像仪固定于试验段前侧伺服模组相机架上，可实现相机位置远程自动调节，在试验段后部放置LED面板光源，面板上贴有半透明坐标纸，可用于拍摄图像尺寸标定；连续注气系统、试验段及高速摄像系统均放置于六自由度运动模拟平台上，平台可实现沿三个坐标轴的平移及转动六个自由度的模拟运动。本发明为研究复杂海洋条件下气泡运动特性提供了有效途径。

摘要： 本发明涉及炼钢技术领域，公开了一种炼钢过程碳氧反应气泡动力学水模型实验方法及装置。所述方法包括获得实际转炉内脱碳反应各阶段的实际气体流量；基于各阶段的实际气体流量及相似定理得到模型内各阶段的模拟气体流量；基于所述模拟气体流量进行气体模拟管的结构设置及管数选择；基于各所述模拟气体流量向气体模拟管内通入相应量气体，以分别进行碳氧反应各阶段的钢水流场模拟。所述装置包括模型、气体模拟管及管道支架。管道支架为一沿模型高度方向设置的多层结构，且每层均为圆形篦子结构以使气体模拟管均匀设置。本发明实现了由不同阶段脱碳反应所引起的流场变化模拟研究，为提高出钢质量及出钢率提供指导。

摘要： 本发明公开了一种监测在含障碍物微型腔内气泡动力学行为的装置及方法。其中，监测在含障碍物微型腔内气泡动力学行为的装置包括可视化模具系统、气泡发生及调节系统、电加热系统和气泡监测系统，可视化模具系统设有微型腔，微型腔内设有模块化障碍物，微型腔用于盛装流体；气泡发生及调节系统安装在可视化模具系统上，用于在微型腔内的流体中产生气泡，调节气泡产生频率、尺寸和初始上升速率；电加热系统用于控制和调节微型腔内流体温度；气泡监测系统用于实时监测微型腔内流体中气泡的动力学行为。本发明可以监测气泡在含障碍物微型腔内的动力学行为，可以研究气泡和障碍物之间的相互作用，气泡形成可控，直接观察效果好，研究方法成本低。

摘要： 本发明涉及流体力学技术领域，具体涉及一种含障碍物的液体内的气泡动力学分析方法。通过在含有液体的微通道内设置多种类型的障碍物，并获取微通道内的流场演变情况和气液界面的变化情况，然后根据形貌参数量化气泡形状的演变，进而根据流场演变情况、气液界面变化情况和气泡形状实现对气泡动力学的量化分析。通过相场模型刻画气液界面，通过格子玻尔兹曼模型刻画气液两相流，获取流场演变情况，由此，实现对气液界面和气液两相流进行量化，通过形貌参数实现对气泡形状进行量化，从而最终实现了对含有障碍物的液体内气泡动力学进行量化分析。

摘要： 本发明公开了一种运动条件下气泡动力学参数确定方法，步骤如下：1、采集六自由度运动条件下气泡动力学特性研究试验中气泡运动过程气泡行为图像信息；2、对步骤1中图像信息进行处理；3、基于步骤2中图像信息的处理结果，建立气泡上升速度的关系式；4、基于前三步，分析气泡速度、气泡表面的作用力及气泡形状机理模型，建立Re‑Eo数的关系式，得到运动条件下气泡速度、形状及尺寸的内部联系；5、绘制运动条件下气泡速度‑尺寸‑形状查询图。本发明可以为核动力系统运动条件下，气泡速度‑尺寸‑形状预测提供理论基础。