·30· 工程科学学报，第38卷，增刊1 约减小25.3%.当吹气孔集中堵塞个数在7~9个之 间时，各方案的循环流量有极小值，并且堵塞方向与环 流方向的角度越小，其极小值也越小.其中沿与环流 方向成0°堵塞方案的循环流量明显小于其他方案，因 0 0 为上升管右侧的吹气孔堵塞后，只剩下了上升管左侧 0 0 0 o00 的一股气流，液流上升到真空室，形成涌泉，向四周流 0 0 0 0 0 动，涌泉左侧的直接流向下降管，而涌泉右侧的在流向 0 0 0 0 0 00009 上升管右侧时容易形成涡流，对上升管的液流形成了 0 阻碍：而与环流方向成180°堵塞的方案与沿0°方向堵 o 0 塞的方案刚好相反，因此相对其他方案有较大的循环 图6气泡泵的泵起机制示意图.()环状气泡泵：()簇群状 流量.综上可以得出，在吹气孔集中堵塞的情况下，堵 气泡泵 塞越靠近上升管右侧的吹气孔对循环流量的影响 Fig.6 View of the mechanism of bubble pump action:(a)annular 越大 bubble pump:(b)cluster bubble pump 200 塞少数吹气孔时的循环流量并不一致.当与环流方向 180 成0堵塞15个吹气孔时，只剩下1吹气孔，气泡吹向 160 上升管中心线偏右处，带液体流股向上运动，如图6 (b)所示，上升到真空室后，在上升管靠近真空室右侧 0 120 135 壁面处形成涌泉，由于该涌泉处于环形通道上，且涌泉 右侧受真空室壁面阻挡，大部分液体都沿环形通道流 100 向下降管，循环流量最大.当与环流方向成180°堵塞 80 15个吹气孔时，剩下的8吹气孔引起的液流方向刚好 60 和1相反，但也处于环流通道上，由于形成的气泡流 01 3 579111315 偏向左侧占满了大部分上升管，仅有少量偏流流向真 吹气孔集中堵塞个数 图5吹气孔集中堵塞个数对循环流量的影响 空室右侧壁面引起扰动，绝大部分液体还是直接沿环 Fig.5 Effect of the number of blocked nozzles on the circulation flow 流通道流向下降管，因此也有较大的循环流量.在 rate in the situation of concentrated blocking 45°、90°、135°之中，随堵塞角度增加，循环流量逐渐减 小，因为它们产生的气流由真空室右侧逆时针逐渐向 当吹气集中堵塞个数增加到11个及以上时，循环 中心偏移，增大了上升到真空室涌泉的偏流，增加了对 流量又开始慢慢增加，因为此时气泡泵的泵起机制发 生了变化.当吹气孔不堵塞或堵塞个数较小时，从每 环流通道的干扰. 综上所述，在吹气孔集中堵塞的情况下，影响循环 个吹气孔吹出的气量较小，速度也比较小，它们沿上升 流量大小的因素主要有吹气孔的堵塞个数和堵塞方 管的壁面上升形成多路气泡泵，在气量达到一定程度 向，堵塞个数决定了气泡泵的作用机制，堵塞方向决定 时，各路气泡泵相连接，形成一个环形气泡泵通路，在 了上升液体的流动形态.循环流量随吹气孔集中堵塞 这种机制下，除了各路气泡泵本身引起的液流上升到 数量增加而先减小后增加是因为气泡泵的作用机制发 真空室外，还有处于环路中的液体由于受到环形气泡 生了变化，当吹气孔堵塞9个时，剩下的7个吹气孔气 流向上的剪切力作用，也会向上运动，如图6(a)所示. 量和流速增大，环状气泡泵作用机制向簇群状气泡作 当吹气孔堵塞的个数增加时，每个吹气孔吹出的气量 用机制转变，循环流量增大.簇群状气泡作用机制与 增加，出口流速变大，气泡不再沿上升管壁面上升，而 气流方向和簇群状大小及分散程度有关，当气流形成 是被吹到上升管中心或甚至是对面，形成大量气泡，带 大量气泡分散在上升管且靠近真空室右侧壁时，能产 动液体上升，这种机制下只有气泡泵本身的作用，没有 生比相同提升气体流量下环状气泡泵作用机制更大的 环形剪切力的作用.当吹气孔堵塞15个时，只剩下1 循环流量. 个吹气孔，该吹气孔的气体流量和气流速度急刷增加， 可以吹至上升管中心偏对面管壁，如图6(b)所示，上 3结论 升管中气泡分布范围增大，循环流量也显著增加 (1)吹气孔堵塞时，气量偏差对循环流量影响最 在只剩1个吹气孔吹气时，气泡泵的做功是相同 大.在堵塞4个吹气孔时循环流量达到最小值，堵上 的，但各方案循环流量并不一样，沿0°堵塞时最大，沿 排吹气孔时循环流量整体上呈增加趋势，而堵塞下排 180°堵塞时次之，然后依次是45°、90°、135°，与集中堵 吹气孔时循环流量整体上呈减小趋势.工程科学学报，第 38 卷，增刊 1 约减小 25. 3% ． 当吹气孔集中堵塞个数在 7 ～ 9 个之 间时，各方案的循环流量有极小值，并且堵塞方向与环 流方向的角度越小，其极小值也越小． 其中沿与环流 方向成 0°堵塞方案的循环流量明显小于其他方案，因 为上升管右侧的吹气孔堵塞后，只剩下了上升管左侧 的一股气流，液流上升到真空室，形成涌泉，向四周流 动，涌泉左侧的直接流向下降管，而涌泉右侧的在流向 上升管右侧时容易形成涡流，对上升管的液流形成了 阻碍; 而与环流方向成 180°堵塞的方案与沿 0°方向堵 塞的方案刚好相反，因此相对其他方案有较大的循环 流量． 综上可以得出，在吹气孔集中堵塞的情况下，堵 塞越靠近上升管右侧的吹气孔对循环流量的影响 越大． 图 5 吹气孔集中堵塞个数对循环流量的影响 Fig． 5 Effect of the number of blocked nozzles on the circulation flow rate in the situation of concentrated blocking 当吹气集中堵塞个数增加到 11 个及以上时，循环 流量又开始慢慢增加，因为此时气泡泵的泵起机制发 生了变化． 当吹气孔不堵塞或堵塞个数较小时，从每 个吹气孔吹出的气量较小，速度也比较小，它们沿上升 管的壁面上升形成多路气泡泵，在气量达到一定程度 时，各路气泡泵相连接，形成一个环形气泡泵通路，在 这种机制下，除了各路气泡泵本身引起的液流上升到 真空室外，还有处于环路中的液体由于受到环形气泡 流向上的剪切力作用，也会向上运动，如图 6( a) 所示． 当吹气孔堵塞的个数增加时，每个吹气孔吹出的气量 增加，出口流速变大，气泡不再沿上升管壁面上升，而 是被吹到上升管中心或甚至是对面，形成大量气泡，带 动液体上升，这种机制下只有气泡泵本身的作用，没有 环形剪切力的作用． 当吹气孔堵塞 15 个时，只剩下 1 个吹气孔，该吹气孔的气体流量和气流速度急剧增加， 可以吹至上升管中心偏对面管壁，如图 6( b) 所示，上 升管中气泡分布范围增大，循环流量也显著增加． 在只剩 1 个吹气孔吹气时，气泡泵的做功是相同 的，但各方案循环流量并不一样，沿 0°堵塞时最大，沿 180°堵塞时次之，然后依次是 45°、90°、135°，与集中堵 图 6 气泡泵的泵起机制示意图． ( a) 环状气泡泵; ( b) 簇群状 气泡泵 Fig． 6 View of the mechanism of bubble pump action: ( a) annular bubble pump; ( b) cluster bubble pump 塞少数吹气孔时的循环流量并不一致． 当与环流方向 成 0°堵塞 15 个吹气孔时，只剩下 1# 吹气孔，气泡吹向 上升管中心线偏右处，带液体流股向上运动，如图 6 ( b) 所示，上升到真空室后，在上升管靠近真空室右侧 壁面处形成涌泉，由于该涌泉处于环形通道上，且涌泉 右侧受真空室壁面阻挡，大部分液体都沿环形通道流 向下降管，循环流量最大． 当与环流方向成 180°堵塞 15 个吹气孔时，剩下的 8# 吹气孔引起的液流方向刚好 和 1# 相反，但也处于环流通道上，由于形成的气泡流 偏向左侧占满了大部分上升管，仅有少量偏流流向真 空室右侧壁面引起扰动，绝大部分液体还是直接沿环 流通道流向下降管，因此也有较大的循环流量． 在 45°、90°、135°之中，随堵塞角度增加，循环流量逐渐减 小，因为它们产生的气流由真空室右侧逆时针逐渐向 中心偏移，增大了上升到真空室涌泉的偏流，增加了对 环流通道的干扰． 综上所述，在吹气孔集中堵塞的情况下，影响循环 流量大小的因素主要有吹气孔的堵塞个数和堵塞方 向，堵塞个数决定了气泡泵的作用机制，堵塞方向决定 了上升液体的流动形态． 循环流量随吹气孔集中堵塞 数量增加而先减小后增加是因为气泡泵的作用机制发 生了变化，当吹气孔堵塞 9 个时，剩下的 7 个吹气孔气 量和流速增大，环状气泡泵作用机制向簇群状气泡作 用机制转变，循环流量增大． 簇群状气泡作用机制与 气流方向和簇群状大小及分散程度有关，当气流形成 大量气泡分散在上升管且靠近真空室右侧壁时，能产 生比相同提升气体流量下环状气泡泵作用机制更大的 循环流量． 3 结论 ( 1) 吹气孔堵塞时，气量偏差对循环流量影响最 大． 在堵塞 4 个吹气孔时循环流量达到最小值，堵上 排吹气孔时循环流量整体上呈增加趋势，而堵塞下排 吹气孔时循环流量整体上呈减小趋势． · 03 ·