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《黏性液体中锐孔处气泡的形成》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第4卷第3期热科学与技术Vol.4No.32005年9月JournalofThermalScienceandTechnologySep.2005文章编号:1671-8097(2005)03-0262-05黏性液体中锐孔处气泡的形成1123刘红,解茂昭,韩景东,王德庆(1.大连理工大学动力工程系,辽宁大连116024;2.大连万通工业装备公司,辽宁大连116024;3.大连交通大学材料系,辽宁大连116024)摘要:考察一定流量气体,通过锐孔在静止黏性液体中连续溢出气泡的过程。应用动力学平衡半经验关系式,综合考虑气泡受力,分析气泡形成过程,给出合理假设,预测气泡直径。分析表面张力、气体流速、锐
2、孔直径及液相物性对气泡脱离尺寸的影响,找到影响气泡脱离尺寸的主要因素。计算预报值与实验结果符合良好。关键词:气泡形成;气泡尺寸;气泡间相互作用;黏性液体中图分类号:TF531文献标识码:A泡尺寸的因素。0前言1静止黏性液体中气泡的形成气泡在很多工业过程中起着重要作用,如冶金工业、化学工业等。在制备泡沫金属材料的过程假设在黏性液体中有一锐孔(直径dh),气体中,气泡大小及其分布更直接影响着材料的性能。在给定的流量下通过锐孔形成气泡,为确保在气分析液体中气泡的形成及其运动对改善材料性能泡生成过程中气体流量为定值,设锐孔较深,熔池至关重要。相对于气泡直径足够大,可以忽略壁面的影响。假将气体强制通过
3、浸没在黏性液体中的单一锐设生成的气泡为球形。孔时,根据气体流量的不同,形成方式也不同。低流量时,气体会以单独气泡的形式进入液体;高流量时,气体会形成连续射流,射流随即会破碎成不同尺寸的气泡。这里主要考查低流量下气泡的形成过程。气泡通过锐孔在液体中的形成及其运动非常复杂,至今对气泡形成的机理还没有统一的认识。人们通常采用半经验关系式预测气泡的大小,许多科学工作者对锐孔气泡的形成及其运动图1气泡形成示意图[1][2]进行了研究。如Kumar等给出了牛顿流体中Fig.1Schematicofbubbleformation锐孔处气泡形成的回顾。以前的分析通常未考虑应用两阶段模型,假设气泡形成经历两个
4、阶气体动量力的影响。本文中应用两阶段模型,半经段,即膨胀阶段和脱离阶段。在第一阶段,气泡膨验关系式分析静止液体中气泡的形成过程,综合胀,径向长大,但其底部仍与孔口接触,当第一阶考虑了气泡所受的浮力、阻力、惯性力、表面张力段的脱离力大于黏着力时,该阶段结束,进入第二和气体动量力的影响;在第二阶段,着重分析了惯阶段;第二阶段中,气体继续进入气泡,气泡底部性力的表达式,并给出合理近似,使分析更加合理上移,形成细颈,气泡通过细颈与孔口接触,最终且简化。用该模型预测气泡的大小,分析影响气[3]形成的气泡体积是两个阶段的体积和。Kim等收稿日期:2005-05-13;修回日期:2005-06-24.基金
5、项目:国家自然科学基金资助项目(50371013).作者简介:刘红(1970-),女,博士生,主要从事湍流流体流动传热传质模型数值计算;解茂昭(1944-),男,教授,博士生导师.第3期刘红等:黏性液体中锐孔处气泡的形成263讨论了气泡脱离条件,认为当细颈长度超过或等dVb(Qg+AQl)ub(9)于孔径时,会发生细颈断裂,气泡脱离孔口。气泡dt在惯性力中加入无量纲惯性参数A是考虑了生成的两个阶段遵循同样的力平衡方程,但在两包围气泡的液体产生的虚拟质量力。取A=个阶段中,同一个力的表达式并不相同。[6]11/16。将式(7)、(8)代入式(9),得惯性力的表1.1膨胀过程达式在第一阶段,气泡
6、上部以等于气泡半径变化-2/3(Qg+AQl)32-2/3率的速度运动,底部则与孔接触,保持静止,此时,Fi=qVVb(10)12P4P作用在气泡上的各种力的表达式如下:在膨胀阶段结束时,应满足下面力的平衡方程Fb=(Ql-Qg)gVbQ(1)Fb+Fm=Fd+Fi+FR(11)P22Fm=dhQgug(2)此时气泡体积Vb=Ve,Ve指膨胀结束时气泡的4Pd2体积。将各种力的表达式代入式(11),得到膨胀结12bFd=QlubCD(3)24束时的气泡体积表达式FR=PdhRcosH(4)-2/31226-2/3d(ubVb(Qg+AQl))Ve=(Ql-Qg)gPQlCDqVPVe+Fi=
7、(5)dt2式中:Fb是气泡所受浮力,是由气液两相间的密PdhR+(Qg+AQl)2VV-e2/3-QgqV2/3q3P2(12)度差引起的;Ql、Qg分别是液相和气相的密度;g是12Pdh4P4P3重力加速度;Vb=qVt=db是气泡体积,qV是气用迭代法,可求得膨胀结束时的气泡直径。61.2气泡的脱离及上升体的体积流量,db是气泡直径;Fm是气体的动量当Fb+Fm≥Fd+Fi+FR时,第一阶段结力,是高速
