黏性流体中单气泡的运动特性-高校化学工程学报.pdfVIP

第 23 卷第 6 期 高 校 化 学 工 程 学 报 No.6 Vol.23 2009 年 12 月 Journal of Chemical Engineering of Chinese Universities Dec. 2009 文章编号：1003-9015(2009)06-0916-06 黏性流体中单气泡的运动特性 郭 容, 蔡子琦, 高正明 （北京化工大学化学工程学院, 北京 100029 ） 摘 要：采用高速 CCD 成像技术实验测定了单个气泡在水及不同黏度甘油水溶液中的形变特性及上升终速度。结果表 明，随着液相黏度的增加，小气泡均能呈良好球形，而大气泡则由类似椭球形的不规则形状逐渐向球帽形转变；气泡 的周期性振荡趋于平缓，气泡上升终速度降低。提出了计算气泡上升终速度的关联方程，其预测结果与实验值吻合良 好。 关键词：单个气泡；气泡形状；上升终速度；黏性流体 中图分类号：O359.1 文献标识码：A The Motion Characteristics of a Single Bubble in Stagnant Highly Viscous Liquids GUO Rong, CAI Zi-qi, GAO Zheng-ming (College of Chemical Engineering, Beijing University of Chemical Technology, Beijing 100029, China) Abstract: The deformation characteristics and terminal velocity of a single air bubble rising freely in stagnant water and glycerol aqueous solutions with various viscosity were measured by a high speed charge coupled device (CCD) camera. The results show that, with the liquid viscosity increases, the small bubbles retain spherical shape well, while the large bubbles change gradually from the irregular ellipsoid to the form of spherical cap, the periodical oscillation and the bubble terminal velocity decreases. A correlation of the bubble terminal velocity was proposed and the predicted values are in good agreement with the experimental data. Key words: single bubble; bubble shape; rising terminal velocity; viscous liquid 1 前 言 气泡的大小，形状及其运动规律是影响气-液两相流体流动特性的重要参数，也是气液传质设备、化 学反应器等设计和操作的重要依据，尤其是气泡尺寸的分布、上升速度以及停留时间对于气-液流动与传 质效果有着直接的联系[1~4] 。以往对气-液流动体系中气泡动力学性质的实验和理论研究主要针对低黏度 液体[5~9] ，大多计算气泡上升终速度的经验，半经验和理论关联式[10~16]只适用于小直径气泡的计算。然而， 在生物化工，石油化工等许多工业过程中经常采用不同黏度的黏