非牛顿流体下冶金熔池中气泡运动的研究进展

赵 凯,申耀宗,张兴华,魏志芳,王 彬

(华北理工大学 冶金与能源学院,河北 唐山 063210)

在冶金领域中,熔池中的多相流熔炼主要分为牛顿流体和非牛顿流体,当前研究对于简化后的牛顿流体居多,而在实际生产中,熔池的熔炼并非理想状态,由于煤粉、渣等存在于熔炼过程中,流体往往呈现出非牛顿流体状态。目前,针对于气泡运动的研究主要有数值模拟以及实验分析的方法[1-4],气泡相关特性的应用被广泛运用于石油、环境以及化工等领域[5-10]。本文通过对比在不同条件下牛顿流体和非牛顿流体熔炼中气泡的运动规律,结合自身课题中侧吹熔池熔炼中的研究现状,对气泡运动在相关流体中的变化和机理进行了分析,提出了气泡运动在未来的发展方向。

1 气泡行为的运动机理

对于反应器中的多相流行为,气泡尺寸以及形状的变化是一个关键参数,由于气泡和气泡之间的相互作用以及气泡和周围环境的相互作用,不同气泡的尺寸和形状使得不同的运动阶段会呈现出不同的影响效果。

1.1 牛顿流体中的气泡行为

气泡在产生后,会出现聚合与破裂行为,其过程也十分复杂。对于气泡的聚合,在目前没有统一的表达式来描述,通常要根据自身的实验条件来进行拟定；对于气泡的破裂,目前的认知主要是认为气泡在运动的过程中,由于液相作用促发湍流漩涡,引发碰撞,以此获得变形能量,发生破碎[11]。

目前,对于气泡运动路径的研究,大多学者都会采用高速摄像机的方法进行采集,而对于气泡周围速度场的研究,PIV的方法显得更为普遍[12]。……