矩形柱状结构中的气泡流体动力学：限制条件以及同向/反向液体流动的影响

《Fluids》：Bubble Hydrodynamics in Rectangular Columns: Effects of Confinement and Co-Current/Counter-Current Liquid Flow

　　

摘要

气液过程中广泛使用气泡柱结构，但由于操作条件和壁面限制的耦合效应，预测气泡的流体动力学特性仍然具有挑战性。本研究通过高速可视化和阴影图技术实验研究了限制作用、气体流速、轴向位置以及液体流动配置对矩形气泡柱中气泡大小、上升速度和形状的影响。实验在三种不同的限制比下进行： data-semantic-summary="。7" data-semantic-braille="????????????">λ等于 data-semantic-braille="????????" data-semantic-braille="????????"> data-semantic-braille="??">?? data-semantic-braille="????????">= data-semantic-braille="??">3。7、λ等于 data-semantic-braille="?????????" data-semantic-braille="????????"> data-semantic-braille="??">?? data-semantic-braille="????????"> data-semantic-braille="????????"> data-semantic-braille="??">3以及λ等于 data-semantic-braille="?????????????" data-semantic-braille="?????????????">λ等于 data-semantic-braille="????????" data-semantic-braille="????????"> data-semantic-braille="??">?? data-semantic-braille="????????"> data-semantic-braille="????????"> data-semantic-braille="??"> data-semantic-braille="??">11。实验结果表明，限制作用显著影响了气泡的形成、生长、上升速度和形状。在强限制条件下，观察到气泡较大、长宽比更高，且气泡大小沿柱身高度逐渐增大。气泡上升速度和无量纲速度也受到限制作用的显著影响，而在弱限制条件下，液体流动配置主要影响气泡速度。此外，视觉观察显示在强限制条件下出现了瞬态的非均匀流动结构，尽管传统的流动状态图预测的是均匀流动。现有的长宽比相关性能够再现总体趋势，但未能完全解释限制作用的影响。这些发现表明，限制作用是矩形气泡柱中的关键参数，在未来针对受限气液系统的流体动力学和质量传递模型的构建中应予以充分考虑。