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《“十二五”國家重點圖書出版規劃項目．現代冶金與材料過程工程叢書：氣泡微細化及原位脫硫技術》圍繞提出的鐵水爐外原位脫硫技術展開闡述。首先，採用高速照相、圖像分析、因次分析和數值模擬等技術從機械攪拌方式、氣液吸收、均混時間、氣泡利用率等角度系統地研究噴氣精煉過程中氣泡微細化的規律，在比較各種槳型和攪拌方式的基礎上提出偏心攪拌這一氣泡微細化方法。接下來，進行原位脫硫劑的熱力學與動力學研究，比較多種原位脫硫劑的脫硫效果。最後，結合氣泡微細化和原位脫硫的實驗室研究結果，進行大規模的高溫實驗，脫硫率高達90%。《“十二五”國家重點圖書出版規劃項目．現代冶金與材料過程工程叢書：氣泡微細化及原位脫硫技術》可供從事鐵水爐外脫硫、熔體噴氣精煉和氣泡微細化專業的高年級本科生、研究生、教師和工程技術人員使用。
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《氣泡微細化及原位脫硫技術》可供從事鐵水爐外脫硫、熔體噴氣精煉和氣泡微細化專業的高年級本科生、研究生、教師和工程技術人員使用。
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《現代冶金與材料過程工程叢書》序前言第1章緒論1.1背景及意義1.2鐵水脫硫預處理技術進展1.3顆粒鎂脫硫工藝技術現狀1.4氣液傳質理論1.5氣液攪拌反應器的傳質特性1.6氣液反應器的研究方法1.7氣泡微細化及其研究方法1.8本書的研究內容參考文獻第2章中心攪拌模式下氣泡微細化的實驗研究2.1引言2.2設備與方法2.3攪拌模式對氣泡微細化的影響2.4攪拌槳的旋轉速度對氣泡微細化和分散性的影響2.5攪拌槳槳葉尺寸對氣泡微細化和分散性的影響2.6噴氣流量對氣泡微細化的影響2.7打孔槳對氣泡微細化的影響2.8鐵水脫硫過程中噴氣精煉的機械攪拌2.9小結參考文獻第3章偏心攪拌模式下氣泡微細化的實驗研究3.1引言3.2設備與方法3.3攪拌模式和噴嘴結構對氣泡微細化的影響3.4攪拌槳尺寸對氣泡微細化的影響3.5噴嘴浸入深度對氣泡微細化的影響3.6氣體噴入方式對氣泡微細化的影響3.7噴槍位置對氣泡微細化的影響3.8攪拌槳偏心度對氣泡微細化的影響3.9偏心攪拌在噴氣精煉中的應用3.10小結參考文獻第4章氣泡微細化過程的因次分析4.1引言4.2因次分析的步驟4.3影響氣泡尺寸大小的因素分析4.4氣泡微細化的因次分析4.5氣泡尺寸的准數方程的分析與討論4.6小結參考文獻第5章氣泡細化過程吸收速率的研究5.1引言5.2原理與方法5.3中心攪拌模式下吸收速率實驗結果與討論5.4偏心攪拌模式下吸收速率實驗結果與討論5.5偏心攪拌模式與中心攪拌模式吸收速率比較5.6小結參考文獻第6章氣泡細化過程氣含率及傳質係數的研究6.1引言6.2氣含率的測定原理與方法6.3氣含率的實驗結果與分析6.4容積傳質係數的計算與分析6.5容積傳質係數准數方程的分析與討論6.6傳質係數與表面更新率的計算6.7小結參考文獻第7章氣泡有效利用率的理論研究7.1引言7.2氣泡有效利用率定義7.3氣泡有效利用率公式的理論推導7.4氣泡有效利用率理論與實驗的比較分析……第8章氣泡微細化實驗中均混時間的研究第9章氣泡微細化過程中的數值模擬與分析第10章新型脫硫劑的熱力學計算第11章新型脫硫劑的實驗研究
書摘/試閱
第4章 氣泡微細化過程的因次分析
4.1 引言
在冶金噴吹精煉過程中，氣泡大小及分布直接影響精煉效率。因此，明確各種因素對液體中氣泡微細化和分布的影響，建立氣泡尺寸與主要因素的關系非常重要。
氣泡在液體中的形成及其運動非常復雜，盡管研究者進行了不少理論和實驗研究，但氣泡的微細化尤其是精煉過程中氣泡的微細化問題仍然沒有得到解決。一般認為，氣體流量不同，將氣體強制通過浸沒在黏性液體中的單一銳孔時，氣泡的形成方式也不同。低流量時，氣體會以單獨氣泡的形式進入液體；高流量時，氣體會形成連續射流，射流隨即會破碎成不同尺寸的氣泡。許多科學工作者對銳孔氣泡的形成及其運動進行了研究，如Kumar等研究了牛頓流體在銳孔處氣泡形成的過程，應用半經驗關系式分析靜止液體中氣泡的形成，綜合考慮了氣泡所受的浮力、阻力、慣性力、表面張力和氣體動量力的影響。
當氣流通過孔口形成氣泡時，由于氣泡質心上移及毛細壓強2a／r減小，泡內壓力減小，氣體流量可能隨時間變化。如果孔口壓降很大，氣泡形成所引起的壓力脈動與之相比很小，此時氣體流量可視為常數。如果處于孔口上游的儲氣室比所形成的氣泡體積大得多，變化的氣體流出不會顯著改變孔下儲氣室中的壓力，此時相當于壓力恒定的情況。在恒流和恒壓這兩種情況下所產生的氣泡體積是不同的，恒流情況下，氣泡形成經歷兩個階段：膨脹階段和脫離階段。第一階段，氣泡膨脹，其底部與孔口接觸；第二階段，氣泡底部從孔口向上移動，并以細頸與孔口接觸，最終形成的氣泡體積是兩個階段的體積和。Kim等討論了氣泡脫離條件，認為細頸長度超過或等于孔徑時，會發生細頸斷裂，氣泡脫離孔口。氣泡生成的兩個階段遵循同樣的力平衡方程，但在兩個階段，同一個力的表達式并不相同。該文獻中應用氣泡上力的平衡半經驗公式求氣泡的體積，通常只討論作用在氣泡上的浮力、阻力、慣性力和表面張力的作用，而忽視了氣體動量力的影響。Snabre等考慮了氣體動量力的影響，但對氣泡所受阻力和慣性力的分析又過于粗糙。Luo等分析了高壓液一固懸浮流中單孔單氣泡的生成，詳細分析了兩階段氣體動量力的表達方式，結果表明壓力對氣泡尺寸有較大影響。以上文獻結果表明氣體流量和孔徑大小是影響氣泡大小的重要因素，兩相流流體物理性質如液體的黏度、密度、表面張力、壓力等也會影響氣泡的大小。
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