水中球形微气泡演化的动力学行为分析与控制

树脂流动对气泡运动特性的影响

树脂流动对气泡运动特性的影响 风电叶片制造技术2010-05-05 20:27:35 阅读29 评论0 字号：大中小 树脂流动对气泡运动特性的影响 作者：张佐光发表于：2010-01-29 08:50:03 点击：159 复材在线原创文章，转载请注明出处 摘要：为了排除复合材料成型过程中的气泡，建立了气泡运动可视化装置，研究了树脂流动状态和流动速度对气泡运动速度的影响，并在此基础上建立了气泡运动模型。研究结果表明：树脂流动对气泡运动有明显的带动或阻碍作用。当树脂流动方向与气泡运动方向相同时，随着树脂流速的增加，气泡的运动速度明显增大；而流动方向相反时，随着树脂流速的增加，气泡的运动速度呈明显下降的趋势。所建立的气泡运动模型与实验结果基本吻合。该研究结果将为热压成型过程中气泡运动模型的建立奠定基础。 关键词：复合材料；树脂；气泡；孔隙 先进树脂基复合材料是由纤维和树脂按一定方式复合而成的一类新型材料。然而复合材料的制造过程非常复杂，在其制备过程中由于各种因素以及工艺实施不完善等造成最终复合材料制品存在孔隙。孔隙的存在严重地影响材料的质量和力学性能，为外界空气和水分扩散进制品提供了路径，使聚合物降解并引起氧化作用，削弱纤维和基体的界面结合力El,2]，进而影响复合材料的层间剪切强度、弯曲强度和模量、拉伸强度和模量、压缩强度和模量、抗疲劳以及高温性能。许多学者Is]认为，对于环氧基复合材料，孔隙含量每增加1 ，材料的剪切性能将下降6 ～8 。因此，为了提高复合材料的制备质量，必须合理地控制制备环境条件及固化温度、压力等工艺参数，使气泡在树脂凝胶之前尽量排出，以便降低孔隙含量。 在复合材料成型过程中，气泡主要随着树脂的流动而运动[4 ]，因此，对树脂流动和气泡运动关系的研究是十分必要的。本文中利用自行建立的气泡运动可视化装置，研究了树脂流动对气泡运动速度的影响关系，并在实验基础上建立了气泡运动模型，该研究结果将为复合材料成型过程中气泡运动模型的建立提供依据。1实验部分 1．1 实验材料及设备 环氧618：环氧值0．51，无锡树脂厂生产；1，4-二氧六环：分析纯，北京益利精细化学品有限公司生产；数码相机：尼康C001PIX995，尼康株式会社；微量进样器(量程为5～100 L)：上海医用激光仪器厂。1．2 实验装置及方法 为了研究树脂流动对气泡运动行为的影响，首先建立了气泡运动的可视化装置，如图1所示。该实验系统由流体装载、流体接收、气泡发生(微量进样器)以及图像采集等部分组成。主要利用重力差原理，控制装载部分和流出部分的液面高度差来使树脂流动，并通过调节控制阀来改变树脂的流速。

气泡动力学研究

气泡动力学研究 A.Shima Professor Emeritus of Tohoku University, 9-26 Higashi Kuromatsu, Izumi-ku, Sendai 981, Japan Received 17 June 1996 / Accepted 15 August 1996 摘要：为了弄清楚与空化现象密切相关的气泡的特性，气泡动力学的研究已经深入的进行并且建立了其研究领域。本文旨在结合激波动力学简单的介绍气泡动力学及其历史。 关键字：气泡、空化、脉冲压力、液体射流、冲击波、损害坑。 1引言 在1894年的英格兰，当船在高速螺旋桨推动下试运行的时候达不到设计速度。为了查清这种现象的原因而设计了一个试验并最终发现了空化现象。从那时起，空化现象的研究日益进展，因为空化现象是阻碍工作在流体环境中的水力机械性能提高的一个重要因素。 然而，现在为了根本的理解空化现象及其相关内容，人们已经意识到应该研究气泡动力学。作者研究空化现象和气泡动力学四十多年，本文简单介绍一些气泡动力学研究及其与冲击波动力学的联系。 2空化和气泡核 水在水轮机，水泵，螺旋桨和带有各种沟渠的水力机械中流过，当液体和固态水翼的表面或者沟槽壁的相对速度变得如此大以至于局部水流的静压力减小到极限压力以下时空化现象就出现了，这个极限压力被称为空化初始压力。 通常情况下当水中不满足空化条件时，称为气泡核的小气泡是不存在的，水能抵抗非常大的负压，空化现象不能轻易的发生。 然而，水中通常包含几个百分点的空气，因此在这种情况下气泡核生长称为可见的气泡和容易被告诉摄影观察到（Knapp and Hollander 1948）。这就是所谓的空化现象。 同样地，假设有一个气泡核半径为，在液体中随着温度变化而生长，气泡存在和稳 定的条件通过由静力平衡关系得到的公式给出（Daily and Johnson 1956）。 上式中σ是液体的表面张力，是液体饱和蒸汽压，P是液体压力。当上式中的值超过右 端或小于左端的值时，气泡核分别开始无限的膨胀或收缩。由此看来气泡表现出复杂的行为取决于气泡周围各种水力状况。由于这些状况存在于空化噪声，空泡腐蚀等许多现象中，所以空泡动力学的研究要澄清空化现象的机理。 3无限液体中气泡的行为 Besant (1859) 提出（在真空、无限的、非粘滞性的并且不能压缩的液体中运动的球形气泡）一个预测液体中各点压强和气泡溃灭时间的难题。 Rayleigh (1917)从理论上解决了这一难题并且得到了描述气泡运动的解析式。他的在无限的、非粘滞性的、不能压缩的液体中单个球形气泡运动公式如图示1所示。气泡的表面速 度V通过假定液体所做的功——当一个气泡由初始半径缩小到R——等于气泡运动的全部 动能获得。

高速摄影技术对水中气泡运动规律的研究_张建生

第29卷第10期 光子学报 V ol.29N o.10 2000年10月 ACT A PHO TON ICA SIN IC A Octo be r2000　 高速摄影技术对水中气泡运动规律的研究* 张建生1　吕　青1　孙传东2　卢　笛2　陈良益2 (1西安工业学院,西安　710032) (2中国科学院西安光学精密机械研究所,西安　710068) 摘　要　气泡在许多不同过程中起着重要作用.舰船尾流中的气泡提供了这样一个线索,即 基于对气泡的特性研究,并以此对舰船进行追踪是一种独特的方法.用高速摄影技术来研究 气泡,具有直观、低费用的优点,配合以半自动胶片判读仪,可获得较为详细的关于气泡的参 量.实验结果表明,水中气泡上升速度的大小都在随时间减小,气泡的末速度存在一极值,它 与一定大小的气泡相对应.文中详细讨论了水中气泡的动力学特征,并与高速摄影所得到的 气泡图象数据进行了比较,其结果的一致性肯定了高速摄影技术对水中气泡运动规律的研究 中的重要性. 关键词　高速摄影;气泡 0　引言 在很多实验和工程问题中,水中的气泡起着重要作用,对于这些问题的求解必然依赖于对水中气泡的分布、气泡的特性的掌握.比如,海洋表面附近的气泡在许多不同过程中起着重要作用,这些过程包括水下声波的传播、气象学、海洋表面化学、空化、大气-海洋气体交换、液滴喷射、有机粒子的形成、细菌传播、化学物质分馏、激光在水下的传输等.气泡广泛存在于海水、河水、湖水等各种条件的水中,气泡的生成可能有多种原因,如波浪的破碎产生的气泡、浮游生物产生的气泡、各种尘埃产生的气泡、各种微扰(包括大气流动、各种振动、声波、湍流等)产生的气泡、存在于舰船尾流中的气泡1.舰船尾流中的气泡提供了这样一个线索,即基于对气泡的特性研究,并以此对舰船进行追踪是一种独特的方法. 由于存在附加压强、浮力、介质的粘滞阻力以及压差阻力,还有不同温度、风力和光照下介质表面蒸发速率的影响,加之在运动过程中气泡的形变、分裂、结合、熄灭以及位移,每个气泡的运动规律和衰减情况大不相同.对于气泡的研究基本有两类方法,即声学和光学技术,其中光学技术主要有照相技术、激光散射技术和激光全息技术2,3.用高速摄影技术来研究气泡,具有直观、低费用的优点,配合以半自动胶片判读仪,可获得较为详细的关于气泡的参量. 1　气泡动力学 关于气泡的运动和动力学问题,Gar rettso ng 给出了一种基于牛顿运动定律的较为直观的理论4,这一理论考虑了水中气泡的受力情况、气泡表面活性物质及水流的影响,得到了气泡加速度的表达式. 1.1　气泡的加速度 对于单个气泡而言,它在水中的运动情况受很多因素的影响,这些因素包括水的流速、水的粘滞特性、气泡的尾流特性、气泡的惯性等.如果分别用v、V(r,t)来表示气泡速度和水的流速(其中r表示位置矢量,t表示时间),气泡体积e、气体密度d、水的密度d0,如果气泡完全被水支配,气泡将受到一个力d0e d V/d t.对于更为一般的情况,如果气泡内气体的密度与其所在流体的密度可能相等或者不等.如果d≠d0即气泡不 *国防科技重点实验室基金试点项目(编号:99JS26.3.1.ZK1801)收稿日期:2000-03-10

连铸坯中气泡产生原因分析及判断方法

连铸坯中气泡产生原因分析及判断方法 肖寄光1,2　王福明1 (1北京科技大学;2韶关钢铁公司) 摘　要　本文对连铸坯气泡的成因及特性进行了分析,并提出了识别气泡类型及改善和解决气泡问题的方法。 关键词　连铸坯　气泡　氩气保护 Analysis of Causes and Judging Method of Pinhole Formation in Continuously Cast Slab(Billet) Xiao Jiguang1,2and Wang Fuming1 (1Beijing U niv er sity o f Science and T echnolog y;2Shaog uan Iro n and Steel Co mpany) Abstract　T his paper analyzes t he o ccur ring causes and features for pinho les in continuously ca st slab (billet)and pust for w ard the m ethods fo r classifica tio n of pinhole and measur es for so lv ing the pinhole pr oblem. Keywords Continuously cast slab(billet),Pinho le,A rg on g as pr otection 1　前言 在钢的连铸过程中,不论是连铸“准沸腾钢”还是连铸高纯净度的镇静钢,国内外许多钢厂都遇到过连铸坯中的气泡问题,并且采取了相应的改进措施。有关连铸坯中气泡问题的科技文献,国内主要是侧重于连铸低硅低碳拉丝材等“准沸腾钢”[1,2],高品质钢连铸坯中的气泡问题的研究主要见诸国外文献[3,4,5,6],国内文献[7]不多。 韶钢2号板坯连铸机于2003年5月投产,至2004年10月,所生产的Q235、Q345、45、50、船板等钢号都出现了一些气泡废品。为此,本文根据前人的理论、经验以及韶钢的生产实践,对连铸坯气泡的表现形式及产生的原因进行了分析,推断连铸坯气泡的成因,并采取了相应的改进措施,达到了改善气泡问题的目的。 2　气泡产生的原因及表现特性分析 根据炼钢理论及前人的经验,连铸过程产生气泡(包括针孔)的主要原因有3类——脱氧不良、外来气体(空气、保护性气体)、水蒸气(来自潮湿的添加料和耐火材料等)。2.1　脱氧不良 2.1.1　CO气泡产生机理 脱氧不良时,产生的气泡为CO气泡。文献[8]表明,在1500℃左右,钢液中与[O]优先发生反应的元素排列顺序为:Ca,Ba,Re,Al,Si,C,V, M n,Fe,P,Cu,其中的Si,在1500℃附近,跟[O]反应的优先顺序与C相当,即[O]会与[C]、[Si]同时发生反应。当钢中存在[O]时,发生碳氧反应的必要条件之一是,在一定温度下,排在[C]元素之前的强脱氧剂[M]与[O]反应达到平衡时的[O]浓度高于[C]与[O]反应达到平衡时的[O]浓度。 钢中碳氧反应[2]: [C]+[O]=CO $rG0=-22186-38.386T(J/m ol)(1) 则: lnK=ln{(P CO/P0)/(a[C]a[O])} =2668.5/T+4.617 因此: a[C]a[O]=P CO/P0EXP[-268.5/T-4.617] (2) 假设CO分压为一个标准大气压,无其它气 ? 32 ?　第12卷第2期 2006年4月　 宽厚板 WID E A N D HEA V Y P L AT E 　Vo l.12.N o.2　 A pril　2006

液体通流微小槽道内气泡动力学行为模拟_周吉

第62卷　第10期 化　工　学　报 V ol.62　N o.10　2011年10月 CIESC　Jo urnal Oc to be r　2011研究论文液体通流微小槽道内气泡动力学行为模拟 周　吉,朱　恂,丁玉栋,王　宏,廖　强,谢　建 (重庆大学低品位能源利用技术及系统教育部重点实验室,重庆大学工程热物理研究所,重庆400044) 摘要:采用VO F方法,对液体通流微小通道内壁面逸出气泡的形成、生长及脱离运动进行了数值模拟,并讨论 了壁面浸润性、液体流速、气体流速对气泡动力学行为的影响。结果表明:气泡生长壁面亲水性增强有利于其 从壁面脱离;气泡生长壁面气相覆盖率随壁面接触角的增大而增大;流动阻力因子随壁面接触角的增大而减小。 较高的液体流速会导致气泡的脱离时间和脱离体积、壁面气相覆盖率及流动阻力因子减小;而较高的气体逸出 速率(气相Reynolds数高于14时)对气泡脱离体积、壁面气相覆盖率和流动阻力因子影响不大。 关键词:气泡;VO F方法;小槽道;动力特性;数值模拟 D OI:10.3969/j.issn.0438-1157.2011.10.010 中图分类号:T M911.4 文献标志码:A文章编号:0438-1157(2011)10-2740-07 N um erical sim ula tion of gas bu bble e mergin g fro m pore in to liquid flo w micro-ch an n el ZH OU Ji,ZHU Xu n,DING Yu dong,WAN G Hong,LIAO Qian g,XIE Jian (K ey L aboratory o f Low-grade Energ y Utilization Technologies and Sy stems, Institute o f Engineering Thermophysics,Chongqing University,Chongqing400044,China) Abstract:The dynam ic behavio r o f a gas bubble entering a liquid flow micro-channel through a pore w ith prescribed mass flow rate w as simulated by using computational fluid dynamics in co njunctio n w ith a volume of fluid(VOF)method.Sim ulations of the processes of gas bubble emergence,g row th, defo rmatio n and detachm ent w ere performed to ex plicitly track the evolutio n of the liquid-gas interface, and to characte rize the dy namics o f a gas bubble subjected to w ater flow in terms of departure v olume, flo w resistance coefficient,and g as coverage ratio.The effects of w ettability of the w all w here the bubble eme rges fro m,w ater and air mass flow rates w ere discussed w ith a particular focus on the effect o f the wettability of the bo ttom w all w hile the static contact ang les of the o ther channel w alls w ere set to90°. The simulated results sho wed that the hy dro philic w all facilita ted the departure of bubble w hile g as cove rage ratio increased and dimensionle ss flow resistance coefficient decreased fo r hydrophobic w all.High w ater inlet mass flow rate resulted in an ea rlier departure and decreased departure vo lum e of the bubble as well as low gas coverage ratio and flow resistance coefficient.I t w as found that increasing air mass flo w rate led to earlie r detachm ent of the bubble.H ow eve r,hig her air m ass flow ra te show ed scarce influence on the dy namic behavior of the bubble o nce the Rey nolds number of air w as over14. Key words:bubble;vo lume of fluid method;mini-channel;dynamics;numerical simulation 2011-01-10收到初稿,2011-04-28收到修改稿。 联系人:朱恂。第一作者:周吉(1986—),男。 基金项目:国家自然科学基金项目(50876119);重庆市自然科学基金项目(CS TC,2009BB6212);教育部新世纪优秀人才支持计划项目(NCE T-07-0912)。 Received date:2011-01-10. Correspon ding author:Prof.ZH U Xun,zhu xun@https://www.360docs.net/doc/3d6592032.html, Foun dation item:supported by the National Natural S cience Foundation of China(50876119),the Natural S cience Foundation of Ch ong qin g(CS TC,2009BB6212)and th e Prog ram for New Century Excellent T alents in University(NCET-07-0912).

混凝土表面产生气泡的原因及处理方法

混凝土表面产生气泡的原因及处理方法 摘要本文从材料、工艺等方面分析了混凝土表面产生气泡的原因，并从几个方面提出了产生气泡的处理方法，从而使建筑物不仅从强度、完整性、几何尺寸等方面做到了高标准，而且在其外观上也做到了更高的美观要求。 关键词消除；混凝土；气泡 近几年，随着我国经济的发展，人们的生活水平得到了提高，对建筑外观、居住环境也越来越重视，很多住宅用户将混凝土的外观质量作为评价建筑质量的重要指标。在混凝土浇筑过程中，如果混凝土中的含气量增加，其抗压强度将会降低，为了降低这种缺陷，一般混凝土拌合中会加入少量的引气剂，这样就可以保证混凝土中的气泡形成微小均匀的气泡，使得混凝土密闭独立，从混凝土结构理论来讲这些直径非常小的气泡能够形成毛细孔，可以在不减小混凝土强度的前提下增加混凝土的耐久性。但是在实际施工中，现浇混凝土总是存在一定的质量问题，这些主要是由于模板安装及混凝土浇筑时的质量问题所引起的，这些质量问题一般为麻面、蜂窝、空洞、露筋、裂缝等，如果没有做好修理，就可能导致钢筋锈蚀降低结构的承载能力。本文就针对混凝土的施工和外观质量进行分析，提出消除混凝土表面气泡的施工措施。 1 气泡产生的机理分析 气泡的产生主要是一种物理现象，在施工过程中，主要与管理方法、施工人员的施工行为、施工环境、施工原材料的质量、施工工艺等情况相关，下面就分别进行分析。 1.1 施工材料方面的原因 1）混凝土结构设计。混凝土结构在设计过程中如果过分追求线形和美观，在一定程度上就增加了混凝土表面气泡出现的机率，因为要设计曲线型的混凝土构件，就要增加钢筋的设置，一旦混凝土保护层厚度过薄，就会在表面留下气泡。 2）原材料不合格。施工材料中针片状含量过多，在拌制混凝土过程中，这些针片状不能很好的形成结构，并且在搅拌中会产生大量的气泡，细料也不能及时填充内部的孔隙，最终形成自由空隙，产生气泡。 3）水灰比不合适。水泥用量和水灰比是产生气泡的重要原因。如果在能够满足混凝土强度的前提下，增加水泥用量，减少水的用量，气泡会减少。其原因是多余水泥净浆可以填塞因集料级配不合理或者其他因素导致的空隙，而水的减少可以使自由水形成的气泡（混凝土中水泡蒸发干后，便成为气泡）减少。另外，在水泥用量较少的混凝土拌和过程中，由于水和水泥的水化反应耗费部分用水较少，使得薄膜结合水、自由水相对较多，从而让水泡形成的机率增大，这便是用水量增大、水灰比较高的混凝土易产生气泡的原因所在。

单个三维气泡运动的直接数值模拟

收稿日期:2005-04-11 基金项目:江苏省自然科学基金重点资助项目(DK2003208)作者简介:张淑君(1969—),女,黑龙江佳木斯人,讲师,主要从事环境水力学研究. 单个三维气泡运动的直接数值模拟 张淑君1,吴锤结2,王惠民1 (1.河海大学环境科学与工程学院,江苏南京　210098;2.中国人民解放军理工大学理学院,江苏南京　211101) 摘要:采用VOF (Volume -of -Fluid )中的PLI C (Piece wise Linear Interface Calculation )界面重构方法模拟 了三维气泡在另一种静止流体中的上升和变形运动;在数值模拟的例子中分别考察了不同黏度和 表面张力对气泡在上升过程中的变形及上升速度等的影响.计算结果表明,PLIC 界面重构方法可 以正确地模拟气泡的变形、破裂等过程.黏性和表面张力在气泡运动过程中的作用可以用E ¨o tv ¨o s 数 和Reynolds 数来描述.在相同的密度和黏度比的情况下,表面张力越大,则气泡的形状变化越小,上 升的速度越快,表面张力起着使气泡保持原状的作用;黏性越小,则气泡在上升过程中射流穿透上 表面的时间越早,变形速度越快. 关键词:气泡;表面张力;黏滞系数;数值模拟 中图分类号:O351.1 文献标识码:A 文章编号:1000-1980(2005)05-0534-04 气泡运动存在于许多自然现象和工程实际中,如水轮机和水泵的空化空蚀、船舶螺旋桨水流、气液化学反应、废水处理等,因此气泡运动规律的研究也越来越受到国内外学者的关注,各种运动界面追踪的数值模拟方法在该领域得到了广泛的应用[1～3],如MAC 方法、锋面跟踪法、边界积分法、水平集方法等.在众多数值模拟方法中,VOF (Volume -of -Fluid )方法以其容易实现、计算量小和模拟精度高等优点在模拟气泡运动方面有着不可替代的作用.本文采用VOF 中的PLIC (Piecewise Linear Interface Calculation )界面捕捉方法,结合考虑表面张力的运动方程,模拟单个三维气泡在重力作用下的上升及变形运动. 1　控制方程及其离散 1.1　控制方程 考虑表面张力的动量方程为 ρ u / t +uu =-p +2μD +σκδs n +ρg (1) 式中:u ———速度矢量;ρ———密度;σ———表面张力;p ———压强;μ———动力黏度;κ———界面的曲率;δs ———与界面有关的Dirac 分布;n ———界面单位法向矢量. D 为应力张量,满足D ij =12 u j / x i + u i / x j (2)不可压缩流体连续方程u =0(3) 采用VOF 方法模拟气泡界面的体积函数C 满足 C t +u C =0(4)对于两相流,式(1)中的μ和ρ均由体积函数C 决定 ρ=ρ1C +ρ2(1-C ) μ=μ1C +μ2(1-C ) (5) 式中,ρ1,ρ2,μ1,μ2分别为两种流体的密度和动力黏度.1.2　界面跟踪 本文采用Youngs 的PLIC 方法在单个网格内用直线段近似界面方法进行界面重构.首先确定界面法向第33卷第5期 2005年9月河海大学学报(自然科学版)Journal of Hohai University (Natural Sciences )Vol .33No .5Sep .2005

关于气泡问题的处理方案

关于气泡问题的处理方案： A.目前气泡的现象描述：一般是膜的的四周，尤其是4个角会有气泡，或者压不紧！根据海绵的组合方式以及海绵抠洞的大小形状的不同，产生的气泡现象会有所不同！ B.分析产生气泡的可能因素： 一、激光标记的效果有待改善——判断的现象：4个角较其他地方要硬很多，烧焦毛边 较大！当然可能与我们的膜是否平整有关（我们设备现有结构是由两个可以上下运动的汽缸控制标记平面的高度的，一但调试汽缸会给标记效果带来很多不确定的因素的改变！） 二、设备的成型汽缸压力不够——有气泡的地方用手去压，可以压好！，从目前调试的 结果看，问题重点在成型汽缸选型不对！成型气缸我们选的太小，竞争对手的缸径大小有甚至180mm！ 三、成型泡绵不够理想，但已与竞争对手的差别不大，目前还没有足够多的海绵供成型 实验！周六和沈哥出去找来两家供应商，只换来1张6x300x400mm的泡绵，泡绵一但粘胶之后就无法撕下重做实验，因此耗损会比较大！ 附上周六试验情况： 1、已将成型汽缸的下压节流阀更换，现在下压速度会较快，但对气泡无明显改善！ 2、将图形旋转180度成型，气泡会有所改善，因此分析还是与激光有关系！ 3、尝试各种海绵组合，问题主要出在产品两边上的拐角处，因海绵有限只能尝试塞不同形状大小的海绵在起气泡的某个角上，是会有改善但会对其他地方成型效果有影响！ C．综上分析的解决方案如下： 第一步：在保证产品的上平面不会产生气泡的前提下，调节贴膜汽缸和压膜汽缸的高度和位置，使膜的平整度尽量的平！ 第二步：固定住贴膜和压膜两汽缸，无特殊情况不要尝试改变其位置和高度，让激光的人开始调试激光的焦距大小和激光参数，保证激光标记效果合格！ 第三步：既然汽缸无法更换，就只能进行一系列的海绵实验，我个人不太支持用缝缝补补，哪里有气泡哪里塞海绵的办法！仅仅是临时应急措施！我们汽缸的行程是40mm，海绵的高度（考虑到海绵的变形量）+海绵到产品之间的距离=总高度＜40mm，以保证汽缸压力完全传递到海绵上 海绵实验的方案如下： 首先、从泡绵厚度上出发，配合汽缸行程做实验，2层6mm或者3层6mm或者更多组合！然后、从泡绵抠洞的大小形状出发，配合泡绵厚度做实验！

振动液体内气泡产生与分布实验研究

振动液体内气泡产生与分布实验研究 振动液体内产生气泡的现象与自然界和工业界的许多领域之间有着密切的联系。随着科学技术的进步和发展,对于振动液体内气泡相关现象的研究也在不断达到新的高度。一直以来,振动液体内气泡动力学以及振动液体表面波的研究是这个领域内的热点,而气泡的形成研究大多局限在静止液面上液滴冲击的相关现象之中,而对于振动液体气泡产生的过程以及气泡尺寸数量分布的情况较少有研究涉及到。本文设计了振动液体内自发形成气泡的相关实验,利用高速摄像技术,对振动液体内气泡产生的过程以及液体内气泡的分布情况进行了记录,进而分析了对实验中液体内气泡产生的途径与机理,并对这个现象和静止液面情况下液滴冲击现象之间的联系和区别进行了研究。 本文还对振动液体内气泡的尺寸数量分布的所具有的特点及其影响因素进行了归纳总结,有助于振动液体内气液现象的进一步探索。论文的主要内容分述如下第一章,介绍了液滴冲击以及振动液体表面波和内部气泡运动相关现象的研究状况,论述了国内外学者在这些领域取得的研究成果和进展,概括了国内外研究中这些现象的特点和机理,在此基础之上,阐述了本课题研究的意义与内容。第二章,提出了研究振动液体内气泡产生与分布现象的实验研究方案,依据现有的实验条件,设计搭建了用于完成本课题研究的实验装置系统;确定了实验研究的方法和采用的技术,设计了实验的过程和设置,获取了预期所要得到的实验结果。第三章,对实验获取的数据结果进行了分析。 研究了在振动水中产生气泡所要达到的临界条件,发现了振动要素对气泡产生条件的影响。并且对振动液体内气泡尺寸数量分布曲线以及索特平均直径随时间变化的特点进行了分析,研究了振动的要素以及液体的粘度等性质对于液体内气泡分布的影响。对气泡分布的曲线进行了拟合,发现了振动水中气泡分布的规律。第四章,研究了振动液体表面气泡产生现象。 根据拍摄得到的振动液体表面气泡产生动态过程图像,对气泡产生的来源进行了分类和归纳。对各种气泡产生类型的动态过程和机理进行了分析,并且与静止液面上液滴冲击的现象进行了比较,发现了振动液面下气泡产生所具有的独特现象。分析了不同方式下产生的气泡尺寸特点,对液体内气泡分布的规律进行了一定的解释。第五章,对本文的主要研究内容与成果进行总结,并对本课题后续有

连铸坯中气泡产生原因分析及判断方法

连铸坯中气泡产生原因分析及判断方法 发表日期：2007-1-10 阅读次数：387 摘要:本文对连铸坯气泡的成因及特性进行了分析，并提出了识别气泡类型及改善和解决气泡问题的方法。 关键词: 连铸坯气泡氩气保护 1 前言 在钢的连铸过程中，不论是连铸“准沸腾钢”还是连铸高纯净度的镇静钢，国内外许多钢厂都遇到过连铸坯中的气泡问题，并且采取了相应的改进措施。有关连铸坯中气泡问题的科技文献，国内主要是侧重于连铸低硅低碳拉丝材等“准沸腾钢”，高品质钢连铸坯中的气泡问题的研究主要见诸国外文献，国内文献不多。 韶钢2号板坯连铸机于2003年5月投产，至2004年10月，所生产的Q235、Q345、45、50、船板等钢号都出现了一些气泡废品。为此，本文根据前人的理论、经验以及韶钢的生产实践，对连铸坯气泡的表现形式及产生的原因进行了分析，推断连铸坯气泡的成因，并采取了相应的改进措施，达到了改善气泡问题的目的。 2 气泡产生的原因及表现特性分析 根据炼钢理论及前人的经验，连铸过程产生气泡(包括针孔)的主要原因有3类——脱氧不良、外来气体(空气、保护性气体)、水蒸气(来自潮湿的添加料和耐火材料等)。 2.1 脱氧不良 2.1.1 CO气泡产生机理 脱氧不良时，产生的气泡为CO气泡。文献表明，在1500℃左右，钢液中与[0]优先发生反应的元素排列顺序为：Ca，Ba，Re，Al，Si，C，V，Mn，Fe，P，Cu，其中的Si，在1500℃附近，跟[O]反应的优先顺序与C相当，即[O]会与[C]、[Si]同时发生反应。当钢中存在[0]时，发生碳氧反应的必要条件之一是，在一定温度下，排在[C]元素之前的强脱氧剂[M]与[0]反应达到平衡时的[0]浓度高于[C]与[O]反应达到平衡时的[O]浓度。 钢中碳氧反应：[C]+[O]=CO △rG o=-22186-38.386 T(J/m01) (1) 则：lnK=ln{(Pco/P o)/(a[c]a[0])}-2668.5/T+4.617 因此：a[c]a[0]=Pco/P O EXP[-268.5/T—4.617] (2) 假设CO分压为一个标准大气压，无其它气体，Pc0/P o=1， 令：T=1500+273=1773K 则：a[c]a[0]=0.002194 (3) 设活度系数fc=fo=1，当w[c]％=0.06(低碳拉丝用钢的碳含量)和0.46(45号优质碳素钢的碳含量)时，由式 (3)计算得到： w[o]％=0.03657和0.004770 (4) 这是在以上假设条件下，与[C]平衡的[O]值。 当钢中存在酸溶铝时： 2[Al]+3[0]=A12O3(s) △rG o=-1202070+386.28 T(J/m01)(5) 则：lnK=ln｛1/(a[Al]2a[0]3｝=144584/T-46.46 因此：a[Al]2a[0]3=exp[-144584/T+46.46] (6) 令[Al]、[0]的活度系数均为1，

测气泡速度实验练习

测气泡速度实验练习 1.在探究“气泡的速度”实验中，请回答下列问题： ⑴实验时使用的玻璃管长约________cm、内径均匀为________mm，管内注________，留有一个_____________，两端________。 ⑵实验操作时，应________玻璃管，保持________，观察气泡在管内的运动情况，从某一位置开始用________计时，每________s在玻璃管上用记号笔记录小气泡的位置，最后用________测量每两个位置的距离。 ⑶在物理学中，一个物体沿着直线运动，在____________时间内，通过的路程____________，这样的运动叫做匀速直线运动。匀速直线运动是最简单的运动，是速度________的运动，在自然界中很少见。 ⑷实验中，如果气泡运动的速度变化不大，轨迹近似为直线，就可以近似看做_____________运动。 2. 在做“研究充水玻璃管中气泡的运动规律”实验时，小明取长50cm的细玻璃管注满水，管中留5mm高的小气泡，将玻璃管反转后，观察气泡的运动情况，如图所示． （1）小明将实验所测得的数据记录在表一中，请你在图的坐标中画出s-t图象。 （3）小明换用粗玻璃管又做了2组实验，数据记录如表二所示．观察数据可知：__________ （选填“长”或“短”）气泡运动的较快．由于气泡上升较快，会造成时间的测量误差较大，为了解决这一困难，根据小明的实验数据，请你提出一点建议：________________________。 3.在“探究气泡运动规律”的实验中，小林学习小组在长约1米的细玻璃管内注入水，管内留有长约0.8厘米的气泡，他们用橡皮塞塞住管口后，用胶带将玻璃管固定在中间有数字的木制米尺上．在探究过程中，他们观察到如下现象： ⑴在选择玻璃管时，选择长一些的好这是因为___________________________ __________。 ⑵在气泡上升的过程中，他们的视线随气泡一起移动，则通过气泡观察到米尺上面的数字与原来相比___________（选填“变大”、“不变”、“变小”）．

气泡动力学

Computational Fluid Dynamics (CFD)Modeling of Bubble Dynamics in the Aluminum Smelting Process Kaiyu Zhang,?,?Yuqing Feng,*,?Phil Schwarz,?Zhaowen Wang,?and Mark Cooksey § ?School of Metallurgical Engineering,Northeastern University,Shenyang,China ?CSIRO Mathematics,Informatics and Statistics,Clayton,Victoria 3169,Australia §CSIRO Process Science and Engineering,Clayton,Victoria 3169,Australia The Hall ?He r oult process is the only commercial process for producing aluminum from alumina.1In an aluminum reduction cell,alumina is fed to,and dissolved in,a molten bath of cryolite at approximately 970°C in which several carbon anodes are submerged.Electric current is fed between the anodes and an underlying cathode to cause electrochemical reduction of the alumina reactant to aluminum which settles onto a pool lying over the cathode.CO 2gas bubbles are generated by the reaction at the anode,which causes recirculation ?ows as a result of the gas bubbles moving up through the molten cryolite (the bath)under the in ?uence of buoyancy.Because cryolite will dissolve most potential wall materials,a layer of frozen cryolite must be formed on the walls of the vessel to contain the bath,and this requires the achievement of a delicate heat balance in the cell,over which the recirculatory ?ows in the bath have an important in ?uence.The gases are generated at the bottom surface of the anodes in a continuous manner.Thus,the anode bottom surfaces are covered with a layer of bubbles right beneath the anode bottom surface.The bubble area coverage can vary from 30to 90%,2?4which leads to an extra voltage drop.According to Haupin,5the extra voltage drop in the electrolyte due to the presence of gas bubbles is in the range 0.15?0.35V.The bubble motion beneath the anodes also introduces waves into the bath ?metal interface,voltage ?uctuations,and high local current density, and indirectly results in instabilities of the magnetic ?eld.Moreover,the global scale bath ?ow and alumina mixing are closely related to the bubble behavior.Therefore,a detailed understanding of the bubble dynamics and the resulting bath ?ow is important to quantitatively assess its e ?ect on cell performance.molten salt bath)restricts direct observation of bubble behavior in industrial cells.Studies of bubble behavior in industrial cells,laboratory cells,and physical models have been reviewed by Cooksey et al.6There is good evidence that the bubble layer thickness is at least 5mm in industrial cells,5and similar in laboratory cells.6?8In order to observe the bubble dynamic behavior at a scale typical of industrial cell geometries,room temperature laboratory models have been used.9?28Trans-parent materials such as Plexiglas are used to construct the cell, and a room temperature liquid is used to replace the cryolite bath.As listed in Table 1,various gas ?liquid systems have been used to represent the CO 2?cryolite system,such as NaOH solution,9CuSO 4solution,10air ?oil ?water,11or simply air ? water.12?28Since the bubble formation is quite complex and the motion is controlled by many factors,such as surface tension,contact angle,anode shape,and even the roughness of the surface,none of those systems can closely match all the factors of the real system.The standpoint for using the air ?water system is that the kinematic viscosity of water is very similar to that of cryolite (1.005×10?6m 2s ?1for water and 1.43×10?6m 2s ?1for cryolite).This will lead to a similar liquid ?ow dynamics as long as the same volume of gas is used but might not have relevance on the similarity of bubble dynamics.Special Issue:Multiscale Structures and Systems in Process Engineering Received:December 15,2012 Revised:May 7,2013 Accepted:May 7,2013 Published:May 7,2013