论文部分内容阅读
两相流中移动边界问题普遍存在于化工、能源及环境领域中,其过程中不仅仅存在动量传递、传热和传质,而且界面的形成和发展都对系统的行为具有重要影响。这些问题中所固有的非线性变化加上界面的膨胀、收缩、破碎和粘合的大的拓扑结构变化,使得问题处理起来非常困难,因此也成为两相流动领域非常关注的问题。 本文运用理论分析和实验研究及计算机图像处理相结合的手段,对两相流动移动边界问题的典型范例--单个可溶性气泡在静止液体中的上升过程和冰颗粒在溶液中自然上升过程中的行为进行研究,内容包括泡体和颗粒在溶液中的运动规律、吸收(融化)规律、界面处传热规律及相界面的变化规律的研究。 在对前人研究结果的总结分析基础上进行理论建模,并对结果进行了理论上的分析、求解。在对整个相界面变化的研究过程中,主要应用实验手段进行全过程的跟踪观测,并通过高速摄影技术观察记录了气泡(冰颗粒)的上升、吸收(融化)全过程。并利用计算机图像处理技术对其变化过程进行了定性、定量分析,经过方法的不断更新,其结果的准确性大大提高,对结论的可靠性起到了关键的作用。 结果表明:单个气泡在静止液体中上升过程初始阶段是以非标准球体做螺旋状上升,并且当吸收过程进行到一定程度时,气泡形状趋于标准球形,并且以稳定速度直线上升;球形冰颗粒在液体中同样以螺旋状方式上升并贯穿始终,同时其自身做蹒跚状反转自旋运动,说明两相速度不一致时,对固相颗粒运动分析时不可忽视其所受的横向力作用。对于两相流动中吸收(融化)规律的研究表明气泡(冰颗粒)相对于流体的运动速度与流体的温度在影响吸收(融化)速率上有着同等重要的地位,图像处理分析及冰颗粒称重实验对这一结论都有着很好的证明,同时也很好的说明了计算机图像处理技术可以应用于两相流动移动边界层问题的分析领域。