非牛顿流体中运动气泡间的相互作用及界面传质机理

利用高速摄像仪对非牛顿流体中的两个或多个相邻气泡间的相互作用,聚并及破裂行为等进行研究; 采用粒子影像测速仪（PIV）对非牛顿流体中的泡群运动过程中的周围流场变化进行实时观察和测定;着重研究非牛顿流体流变特性对上述过程的影响。采用动态实时显微激光全息干涉测量技术对非牛顿流体中泡群传质过程中的气泡近界面浓度分布和变化进行瞬态测量。采用Lattice Boltzmann和Volume of Fluid-Continuum Surface Force等数值模拟方法对非牛顿流体中泡群运动过程时的周围流场进行模拟，结合浓度场和速度场的测量结果, 探索非牛顿流体中气泡群的传质特性和相应的界面传质机理，提出传质系数的预测模型。以鼓泡反应器为对象,研究氧气在不同非牛顿流体中的传质规律,进行泡群传质的实验测定,对理论预测模型进行实验验证。该项目将为生物发酵,食品加工和废水处理工业中的生物反应器设计提供依据。

采用高速摄像仪对非牛顿流体和牛顿流体中单个气泡、在线气泡、平行气泡的上升过程进行了实验研究，考察了喷嘴直径，气相流率、液体性质（黏度、表面张力、流变性）对气泡变形、以及气泡间聚并、破裂及相互作用的影响。利用粒子影像测速仪对非牛顿流体中单气泡及气泡链周围流场结构及其演变过程进行了研究，分析了速度场、黏度场和剪切应力场之间的耦合关系。利用显微激光全息干涉系统研究了水和非牛顿流体（PAM水溶液）中固定气泡周围液相侧浓度场演变过程和近界面浓度，考察了液相流速、非牛顿流体的流变性质对传质的影响。利用气体分析仪对气泡群在3种不同流变性质的液相（牛顿流体、剪切变稀流体、黏弹性流体）中的传质行为进行了实验研究，并在Higbie渗透理论和Kolmogorov湍动理论的基础上提出了黏弹性非牛顿流体中气液传质的预测模型。采用VOF方法对非牛顿流体和牛顿流体中的气泡间的聚并、破裂及相互作用，流场及浓度场进行了模拟，分析了气泡相互作用和流场、浓度场之间的耦合关系。