注气孔位置对文丘里管式微气泡发生器成泡特性的影响分析

丁国栋，陈家庆，李振林，蔡小垒

（1 北京石油化工学院机械工程学院，北京102617； 2 中国石油大学（北京）机械与储运工程学院，北京102249；3 深水油气管线关键技术与装备北京市重点实验室，北京102617）

引 言

与常规气泡相比，微气泡具有粒径小、上浮速度慢、水力停留时间长、比表面积大等特点，已经在很多领域得到了应用[1-2]。例如，第四代先进核能系统——钍基熔盐堆在运行过程中会不断产生裂变气体（如135Xe 和85Kr 等），严重影响反应堆的正常运行，需要及时予以脱除，橡树岭国家实验室（ORNL）通过向燃料盐中通入微气泡形式的氦气，然后通过传质过程吸收裂变气体[3]。产生微气泡的专用设备常常被称为微气泡发生器，其中文丘里管式微气泡发生器具有结构简单、成泡能耗低的优点，在实际工程中备受关注[4-5]。用于钍基熔盐堆裂变气体脱除的文丘里管式微气泡发生器最早由ORNL 的Kress[6]于1972 年研制成功，也堪称世界范围内最早得到工程应用的文丘里管式微气泡发生器，主体结构由收缩段、喉管和扩张段组成，其中注气孔位于喉管处。Fujiwara 等[7-9]提出了一种新型文丘里管式微气泡发生器，注气孔置于文丘里流道上游进水管处，气相首先在水流冲击下形成初始气泡，随后气液两相进入文丘里流道并碎化成微气泡。实验结果表明，该型微气泡发生器能够在较大气水比范围内实现高效成泡，并且成泡平均粒径不随气水比的增大而显著变化。针对上述两类文丘里管式微气泡发生器，相关学者以水和空气为实验介质，并通过可视化实验方法观测单气泡或微小气水比下气泡流在文丘里管式流道内的运动、变形及破碎过程，并基于测得的实验数据重点对气泡在扩张段内的破碎机理进行探究。……