气泡界面传质系数研究及其影响因素分析

2025-09-29 理论教育版权反馈

【摘要】：前人对自由液面传质系数的研究起步较早、成果较多，计算多集中于考虑流速、水深、紊动强度和水力坡度等影响的理论和经验、半经验公式。高紊动下的气泡界面传质系数研究工作甚少，其影响因素主要涉及气泡直径、气体体积分数、紊动粘性系数等参数，难度较大。

（1）大气复氧是水中溶解氧的最主要来源，水中溶解氧含量直接关系着水体质量的好坏。一方面，在污染水体中，为了更好地降解有机污染物，期望以各种方式增加大气复氧能力；另一方面，在大坝泄洪水体，为了避免水中溶解氧浓度超饱和而导致鱼类患气泡病，期望以不同方式降低大气复氧能力。

（2）大气复氧能力的研究涉及两个重要方面：自由液面和气泡界面质量输移，两者的本质均是由于在气相和液相界面之间存在压力和浓度梯度，使得大气中的氧源源不断进入水体成为溶解氧。在低流速情况下，可仅考虑自由液面传质；而在高流速情况下，水体被卷入大量气泡，这时不仅需考虑自由液面质量传输，更需考虑气泡界面传质。

（3）前人对自由液面传质系数的研究起步较早、成果较多，计算多集中于考虑流速、水深、紊动强度和水力坡度等影响的理论和经验、半经验公式。然而，目前还没有一个公式对所有河流都有较好适用性，而误差较小的公式，也可能漏掉了一个或多个主要的影响因素。高紊动下的气泡界面传质系数研究工作甚少，其影响因素主要涉及气泡直径、气体体积分数、紊动粘性系数等参数，难度较大。(https://www.chuimin.cn)

（4）引入气体的“有效”饱和浓度和气泡穿透水体的“有效”水深两个参数并指出，在高流速作用下，水中溶解氧的饱和浓度与水深相关，水深越大，溶解氧的饱和浓度越大，水体中溶解氧浓度愈有可能超饱和。

（5）总的来说，大气复氧是气液两相之间质量传递的一个较复杂问题，涉及到环境水力学、水工水力学、气泡动力学、实验流体力学等多个领域，目前的复氧能力研究工作还不尽合理，考虑的主要影响因素还有重要缺陷，计算公式的普适性较差，可靠性不高。为此，我们在国家自然科学基金的资助下，以三峡大坝泄流为研究对象，采用理论分析与实验研究相结合，吸收各家复氧理论的优点，可望建立一个更加符合实际的复氧系数计算公式，以提高水环境预测的可靠性。

气泡界面传质系数研究及其影响因素分析

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