欠膨胀射流中气泡的运动及几何参数研究

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基于欠膨胀射流的液相物料纳米添加技术是实现纳米粉体颗粒均匀分散到液相物料中的一种新技术.该技术是以高压高速气体为载体,携带纳米粉体颗粒喷入液相物料基体中,其分散机理是利用流场中的高拉伸率和超声波效应实现纳米粉体颗粒分散.欠膨胀射流中气泡的运动及几何参数是影响纳米粒子分散的关键因素.该文对非牛顿流体中气泡膨胀过程进行了研究,建立了气泡在喷嘴处形成、长大和脱离喷嘴后在流体中膨胀上升过程的数学模型,采用有限差分对建立的方程组进行了数值计算,得到气泡半径、气泡半径变化率、气泡沿y轴的位移、气泡上升速度以及气泡内压强随时间的变化曲线,并对计算所得结果进行了分析.当改变系统各参数时,气泡的振荡频率和拉伸率也随之改变.针对应用欠膨胀射流中高拉伸率和超声波效应分散纳米粉体颗粒的机理,进行了解释和验证,证明了基于欠膨胀射流纳米添加方法的可行性.同时,采用该技术制备的纳米复合材料样品表明了基于欠膨胀射流添加的纳米颗粒可以较好的在环氧树脂溶液中分散.由纳米颗粒分散机理可知,气液界面尺寸是影响纳米颗粒分散效果的因素之一.为了研究气液两相的物理特性与界面参数的关系,提出了基于图像处理技术的气液界面参数的表征方法.在不同的环氧树脂溶液粘度和不同气体流量下,采集关于气泡形态的多组图像,通过对图像进行预处理、边缘检测和连接、形状特征提取来获得气泡边界轮廓尺寸参数,最后将实验数据进行拟合,得到了粘度、流量与界面参数的关系曲线和拟合关系式,以此来指导纳米添加参数的选择.
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