气泡发生器广泛应用于在化工、能源、医疗等众多领域。其中文丘里式气泡发生器采用自吸方式,具有结构紧凑、耗能小等优势,近年来被广泛采用。其内部的流动特性直接影响气泡发生器的发泡性能,目前对气泡发生器内部流动特性和结构参数研究较少,因此气泡发生器的工作特性和结构上的优化具有重要的意义。本文首先对气泡发生器建立合理的三维物理模型,对该模型进行精确的网格划分后,采用RNG k-ε湍流模型和PBM模型进行数值模拟计算。通过模拟气泡发生器内部流动特性,对管内流场分布及气泡粒径分布规律进行了分析。结果表明,气相从进气管进入喉部内,瞬间被高速流体带走,进入扩张段后速度明显降低。管内两相以轴向流动为主,并随着两相的流动,径向速度差逐步减小,在气泡发生器出口处两相已基本混合均匀;扩张段内压力变化较大,结合气泡粒径的结果分布情况,气泡的主要碎化核心区在扩张段入口附近,同时该位置也是压力梯度峰值的位置,说明压力的骤升是气泡破碎的原因之一。此外在扩张段入口附近,湍动能值迅速增加,说明两相在此处发生了大量的能量交换,强烈的紊流剪切力是气泡破碎的另一个重要原因。同时通过改变入口液相工况的流量,对气泡发生器不同水流量下的流动特性进行了分析,随着液相流量的增加,在扩张段入口处压力梯度峰值和湍动能均得到提升,气泡在较大液相流量下所受的剪切力增加,气泡的粒径随液相流量的增加而减小。此外,本文分析了各几何参数对气泡发生器性能的影响,分别改变扩张角、管径和收缩角相关几何参数建立相应的物理模型,并对各自流场特性以及管内粒径统计结果进行分析。结果表明,随扩张角的增加,扩张段内压力梯度和湍动能值升高,从而有利于气泡在扩张段入口处破碎,但扩张角过大时,小直径气泡会在气泡发生器末端产生一定的聚合。同时,随扩张角的增加,导致入口压力增加,入口所需能量也随之增加;随着管径的减小,扩张段内的压力梯度及湍动能值也会得到提升,从而提高了对气泡的剪切力,气泡粒径随管径的减小而减小;随着收缩角的增加,对扩张段压力梯度的分布没有影响,但扩张段湍动能得到一定程度提升,气泡粒径随扩张角增加而减小。