多相流泵溶气气浮中气泡粒径分布的实验研究.pdf

中国工程热物理学会 多相流 学术会议论文 编号：096096 多相流泵溶气气浮中气泡粒径分布的实验 研究 范欣，何利民，王鑫，崔月红，张东锋 （中国石油大学（华东）储运与建筑工程学院，青岛 266555 ） (Tel:Email: fanxin4059@163.com) 摘要：本文通过多相流泵溶气气浮装置制备气泡，对气浮过程中气泡的粒径分布进行了研究。首先， 将显微摄像装置和 Malvern 激光粒度仪用于气泡粒径的测量，并将两种方法进行了比较。其次，通过 激光衍射法，对气浮过程中影响气泡粒径分布的因素如压力、气液比、矿化度、表面张力等参数进行 了研究，得到了气泡平均直径随上述影响因素的变化规律，并结合溶气气浮气泡的形成机理，对平均 气泡直径的变化趋势进行了分析。 关键词：溶气气浮，多相流泵，气泡粒径分布，平均气泡直径 0 前言 微气泡技术近年来引起了人们的广泛关注，并在多个领域得到了实际应用，如能量 转换和热量耗散装置，医学治疗中的药物输送系统，选矿工业以及污水处理系统等。尽 管对微气泡没有明确的界定，一般认为微气泡直径为几十微米量级，因为这一尺寸等级 的气泡在物理和化学性质等方面展现出与常规毫米级气泡不同的特性，其基本特征可以 体现在以下几个方面[1] ：（1）在给定持液率下具有较大的界面面积；（2 ）在液相中上浮 速度小，停留时间长；（3 ）气泡间相互聚结的概率小，因此分散性较好，气液相混合物 的均匀性较高；（4 ）具有均匀但复杂的流体动力特性，如流动减阻。 气浮净水技术作为微气泡技术应用实例，是一种正在深入研究和不断推广的水处理 技术，具有处理效率高、处理效果好、对水质适应广等优点。其基本原理是在水中通入 空气或其它气体产生微细气泡，使水中悬浮的细小颗粒、油滴等粘附在气泡上，随气泡 一起上浮到水面形成浮渣，从而实现水质净化。 气浮过程的分离效率依赖于气泡与悬浮颗粒有效的碰撞和粘附，而气泡粒径分布特 性对碰撞、粘附效率具有重要影响，因此，加深对气泡粒径分布特性的研究，对于深入 了解气浮分离过程、提高分离效率具有重要意义。 尽管气浮工艺已应用于污水处理许多年，但是对气泡特性的研究直到近年来才引起 研究者的注意。Lubetkin[3]率先根据溶液性质、超饱和度大小以及气泡成核的位置，对气 泡形成机理进行了研究。Akimi Serizawa 等[1]将分散均匀一致的乳白色微细气泡－水两相 *基金项目：国家自然科学基金资助项目 流看作拟层流（Pseduo-Laminarization ）进行研究，并对此两相流的摩阻压降、界面平均 持液率、局部持液率剖面线以及液速剖面线分布参数进行了测量，为微细气泡气液两相 流的研究奠定了理论基础。V.DUPRE 等[4]对溶气气浮过程中加压溶气水经过喷嘴减压释 放时气泡的形成机理进行了研究，发现喷嘴中气泡的形成并非如微气泡的均相成核理论 所述，其机理可以认为是过饱和溶解气体的传质析出。Rodrigues 等[5]将显微观测与数码 摄像相结合，对不同工况参数下的气泡粒径分布进行了研究。Ahmed 和 Jameson[6]认为， [7] 较小的气泡粒径具有较大的比表面积，可以提高分离效率。Hudson J.B. Couto 等 利用 激光衍射法对微气泡粒径分布进行了测量，发现表面活性剂的存在可以显著抑制气泡的 聚结。R.C.G. Oliveira 等[8]对 DAF 气浮中气泡－油滴的界面特性进行了研究，分析了气 [9] 泡－油滴接触时间对分离效率的影响。郭瑾珑等 讨论了水体颗粒物的基本性质、气泡 的形成过程以及气泡与颗粒物之间的相互作用，探讨了气浮过程中界面相互作用对气浮 效果的影响。陈福泰等[10]利用自行研制的 ES-DAF 气浮装置，采用显微摄像系统，对该 装置所产生的气泡