格子Boltzmann方法氣泡泵提升管內(nèi)氣泡運(yùn)動(dòng)行為研究.pdf

1、在無(wú)泵溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)中，采用氣泡泵替代傳統(tǒng)的機(jī)械泵，不僅能減少對(duì)高品位能源的依賴(lài)，而且可以避免機(jī)械泵受工質(zhì)的腐蝕性影響，從而提高了整個(gè)制冷系統(tǒng)的可靠性。氣泡泵提升管內(nèi)兩相流的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，流型間的轉(zhuǎn)換，會(huì)對(duì)氣泡泵的提升性能有很大影響。
　　本文使用高速攝像機(jī)拍攝了以不同濃度溴化鋰水溶液為工質(zhì)的兩級(jí)氣泡泵吸收式制冷實(shí)驗(yàn)臺(tái)中一級(jí)提升管內(nèi)兩相流流型，在濃度為57.5％的溴化鋰溶液中發(fā)現(xiàn)了氣泡流、彈狀流、段塞流、攪動(dòng)流、環(huán)狀流和彈環(huán)狀流

2、。在濃度為53％，45％的溴化鋰溶液氣泡泵實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)了氣泡流、段塞流、攪動(dòng)流和環(huán)狀流。對(duì)不同流型下的液體流速進(jìn)行測(cè)算，攪動(dòng)流時(shí)，液體流速最高，其次為段塞流和彈狀流，環(huán)狀流時(shí)，液體上升速度最低。
　　實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，同樣流型條件下，低濃度溴化鋰溶液流速比高濃度溶液流速高。計(jì)算求得高壓發(fā)生器的產(chǎn)氣率與提升溶液的質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)溴化鋰溶液起始濃度越高，系統(tǒng)的產(chǎn)氣率越小，提升的溶液量也越多。在不同流型中，彈狀流的提升量最大，段塞流其次，環(huán)狀

3、流最小。驗(yàn)證了彈狀流的提升效率最好，但環(huán)狀流上升后的溶液濃縮程度最高，約達(dá)到3％。
　　通過(guò)改進(jìn)分布函數(shù)、序參數(shù)格式、有限差分格式、壓力迭代格式、強(qiáng)制性邊界條件等方法，將格子玻爾茲曼大密度比自由能模型進(jìn)行改進(jìn)，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)條件和工質(zhì)物性，對(duì)密度比為2778的管內(nèi)溴化鋰溶液中氣泡運(yùn)動(dòng)行為進(jìn)行研究。為驗(yàn)證模型的正確性，首先對(duì)單氣泡上升運(yùn)動(dòng)和雙氣泡融合過(guò)程進(jìn)行了模擬，模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)中高速攝像機(jī)捕捉的氣泡運(yùn)動(dòng)形態(tài)相一致，并分析了其運(yùn)動(dòng)過(guò)程中

4、的速度場(chǎng)，討論了氣泡大小對(duì)氣泡上升速度的影響。
　　應(yīng)用改進(jìn)的格子玻爾茲曼自由能模型，對(duì)大密度比的溴化鋰溶液中不同初始位置和不同大小的雙氣泡運(yùn)動(dòng)進(jìn)行模擬，獲得其密度場(chǎng)與速度矢量分布及運(yùn)動(dòng)規(guī)律:大小相同，水平距離一定的雙氣泡在上升過(guò)程中出現(xiàn)先靠近再分離的兩個(gè)階段，與初始相對(duì)高度無(wú)關(guān);大小不同的兩氣泡在上升過(guò)程中可能發(fā)生融合或分離，主要取決于小氣泡靠近大氣泡時(shí)所在大氣泡尾跡區(qū)的位置。若大小氣泡融合，則融合后的氣泡速度減小。研究了并排多

5、氣泡的上升過(guò)程和聚并行為，給出了溴化鋰溶液中水蒸氣并排雙氣泡、3氣泡的氣泡臨界聚并距離，模擬了不同初始設(shè)置的4氣泡、6氣泡和9氣泡的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，討論了氣泡數(shù)量對(duì)臨界聚并距離的影響。
　　為了研究?jī)上嗔鲃?dòng)中熱量傳遞機(jī)制，基于格子玻爾茲曼熱模型及大密度比模型，提出了一個(gè)可以描述傳熱相變的大密度比復(fù)合格子玻爾茲曼模型，模擬了單氣泡周?chē)臏囟葓?chǎng)分布及雙氣泡在碰撞融合中的熱量傳遞過(guò)程，發(fā)現(xiàn)氣泡內(nèi)部溫度最高，氣泡下方會(huì)產(chǎn)生低溫區(qū)的層狀分布尾跡，