自由液面气泡寿命及破裂夹带特性的研究

来源 :哈尔滨工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xiuluoyanyu1986
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气泡广泛存在于工业和环境过程中,气泡到达自由液面存留一段时间后会发生破裂,破裂产生的液滴作为一种关键的液-气转换过程,会对我们的日常生活深远的影响。在核领域中,当发生蒸汽发生器管道破裂甚至是堆芯熔毁等严重事故时,会产生放射性的气溶胶,在气溶胶自然沉降以及安全壳喷淋系统等工程安全设施的作用下,带有放射性的气溶胶会滞留在液池中。当安全壳卸压时,液池会沸腾产生气泡;过滤排放系统中,气体通入液池中同样会在液池中产生气泡。气泡破裂产生的膜液滴可能会将带有放射性的气溶胶由液相夹带至气相。这种持续性很长的行为可能产生相当可观的气溶胶。因此,为了对放射性源项进行评估,就需要对与气泡破裂相关的诸多物理量进行测量。
  本文通过实验的方法对液相表面气泡破裂现象进行研究,采用可视化的方法并结合多种图像处理软件和图像处理方法,得到所需的物理量。本文主要研究不同条件下气泡的破裂特性以及液滴的夹带释放特性。其中气泡的破裂特性主要探究的是气泡破裂位置、气泡寿命、液膜卷曲速率以及液帽厚度;液滴的夹带特性主要探究的是生成的液滴数量、速度和尺寸以及在此基础上计算得到夹带出气溶胶的质量。得到的结论主要如下:
  (1)给出了气泡寿命分布的不同的拟合公式。在一定范围内,随着气泡半径的增加,气泡寿命呈现减小的趋势;气溶胶的加入会使得气泡寿命增加,随液相温度的变化规律与去离子水接近;气泡破裂时的液帽厚度与气泡寿命呈现指数变化规律;且随着液相温度的增加,液帽厚度呈现增加的趋势;气相温度的增加,液帽厚度呈现减小的趋势。
  (2)随着液帽厚度增加(气泡寿命减小),气泡破裂生成的液滴数量减少,尺寸增加,速度减小。且液滴数量与液帽厚度呈指数变化规律。给出了液滴尺寸分布的不同的拟合公式;对于去离子水和气溶胶悬浮液,相同寿命条件下,随着液相温度的增加,生成的液滴数量增加,尺寸增加,速度减小。液滴的速度服从多峰分布。
  (3)随着表观气速的增加,夹带的气溶胶的质量增加,并且增加的幅度会越来越小,最终稳定在一具体数值。单气泡破裂夹带的气溶胶质量与气溶胶浓度近似呈线性增加的趋势,夹带的气溶胶质量随液相温度的升高而增加。
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