液体雾化广泛应用于化工生产、交通运输以及航空航天等领域,雾化效果的优劣对化学反应或传质的进行存在显著影响。本文使用高速相机和马尔文激光粒度仪研究了含气泡液体的雾化过程,揭示了液体内部气泡强化雾化效果的作用机制,建立了含气泡液体射流破裂及同轴气流式雾化模型。具体内容归纳如下:1.使用空气、CO2、H2和水作为实验介质,研究了含气泡低粘流体的射流破裂过程。发现在射流破裂Rayleigh模式下,含气泡射流破裂长度随着气泡直径的增大而减小,随射流速度的增大而增大。含较小密度气体的液体射流具有更短的破裂长度。通过不稳定性分析与射流扰动机理发现了内部气泡强化射流破裂的作用机制,揭示了不同气体密度条件下射流破裂的变化规律,建立了含气泡射流破裂长度的理论模型。2.研究了不同粘度甘油水溶液的含气泡射流破裂过程,发现内部气泡能够显著缩短高粘流体的射流破裂长度。含气泡高粘流体的射流破裂长度随着气泡直径的增大而减小,随着液体粘度的增大而增大。联合不稳定性理论和液体粘性对气泡诱导速度波动的抑制作用,建立了高粘流体含气泡射流破裂长度模型。3.对含表面活性剂射流的破裂过程进行了研究。发现处于射流破裂Rayleigh模式下的含表面活性射流破裂长度随着表面活性剂浓度的增大而增大。表面活性剂的加入减小了射流表面不稳定波的增长率,表面活性剂在射流表面的不均匀分布诱发了马兰戈尼效应,这二者均会导致射流破裂长度的增大。结合射流不稳定性理论和马兰戈尼效应,获得了含表面活性剂射流破裂长度的理论模型。实验发现射流内部气泡能够显著缩短含表面活性剂射流的破裂长度。射流内部气泡越大,射流破裂长度越小。通过气泡扰动射流速度和吸附表面活性剂的分析,揭示了内部气泡对含表面活性剂射流破裂过程的影响规律。4.研究了含气泡液滴的二次雾化过程,分析了含气泡液滴袋状破裂过程的时间和空间特征。发现随着液滴内部气泡直径的增大,液滴初始变形时间逐渐增大。液滴内部气泡对袋状结构寿命及液滴破裂时间影响较小。从能量守恒角度出发,获得了液滴初始变形时间与气泡直径之间的关系式。随着气泡直径的增大,液滴最大变形直径逐渐增大。通过对含气泡液滴的受力分析,获得了液滴最大变形直径对气泡直径的依赖关系式。液滴内部气泡延缓了液滴破裂模式的转变。基于对实验数据的分析,获得了含气泡液滴二次雾化的临界韦伯数以及液滴袋状破裂与袋状—雄蕊破裂模式间的转换韦伯数。5.研究了含气泡液体同轴气流式雾化的形态学特征及雾化液滴粒径特性。发现在耗气量增加约0.03%的情况下,液体内部气泡可以显著减小雾化液滴直径高达6%。内部气泡对高粘流体同轴气流式雾化存在多方面的影响。首先,内部气泡会减小同轴气流和液体射流之间的相对速度,因而有利于产生更大的雾化液滴;其次,内部气泡会缩短射流表面的Rayleigh-Taylor不稳定波波长,从而有利于产生更小的液滴。第三,气泡的加入会提高气液混合物的粘度,不利于液体雾化形成细小液滴。含气泡高粘流体雾化液滴粒径取决于这三者间的竞争作用。基于不稳定性分析建立了含气泡液体同轴气流式雾化模型,获得了基于多无量纲参数的雾化液滴粒径分布云图,获得了含气泡高粘流体雾化粒径非线性变化规律,提出了基于含气泡的低气耗高效雾化方法。