射流场中单个气泡破裂的CFD模拟与PIV实验研究 CFD Simulation and PIV Investigation on Single Bubble Breakup in Turbulent Jet Flow

气泡的破裂行为能够直接改变相界面积与流场分布，进而对于多相反应器中的传递与反应过程产生重要影响。由于在湍流与气泡破裂机理以及数值模拟方法上仍存在诸多不足，目前针对湍流环境中自由运动的气泡破裂过程研究仍非常欠缺。作者分别在二维与三维数值模拟条件下，利用VOF模型研究了单气泡在典型射流场中的运动、形变与破裂过程，并通过高速摄像与PIV方法同步开展了实验研究。该研究对气泡破裂过程特别是破裂前后的形态、周围流场以及与气泡间的相互作用进行了分析。结果表明，该流场条件下液相的剪切作用是气泡破裂的主要影响因素；由于二维模拟可以使用精度更高的网格，对于气泡形变与破裂过程中的界面变化模拟相对精确，而三维模拟对于流场整体结构的模拟更接近PIV实验结果，而在气泡的扭曲变形还原方面误差相对较大。该研究对于实际破裂过程具有较好的参考价值，有助于加深多相流体力学认识，为相关多相反应器的设计与优化提供理论支撑。