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  • ISSN:0253-9993
  • CN: 11-2190/TD

《煤炭学报》

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基于高速动态的气泡铺展过程动力学行为研究

作者(Author):

  • 江晓凤
  • 陈仕兴
  • 许恩乐
  • 孟献梁
  • 吴国光
  • 苗真勇

作者单位:

  • 中国矿业大学 化工学院
  • 中国矿业大学 国家煤加工与洁净化工程技术研究中心

关键词:

  • 气泡
  • 铺展
  • 三相线
  • 自相似
  • 均匀性
  • 摘要
  • 论文图表
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  • 引用格式

泡沫浮选分离过程中,矿物颗粒的粘附行为包含液膜薄化、破裂和三相润湿周边的形成。先前学者对液膜薄化及破裂机理展开了深入研究,而关于三相润湿周边的动力学演变行为尚未得到充分关注。本文采用高速动态摄像机追踪气泡在均质固体(特氟龙、有机玻璃、玻璃、不锈钢)以及非均质固体(褐煤和无烟煤)表面的铺展过程,借助扫描电镜(SEM)、红外光谱仪和接触角测量仪分析了固体表面物理化学结构特性,并运用MATLAB软件探究了均质与非均质固体表面三相线铺展机理和气液界面形态演变规律。气泡铺展实验结果发现,三相润湿周边主要经历快速铺展和慢速铺展两个阶段,快速铺展阶段三相线时空演化呈现普遍的自相似行为特征,而慢速铺展阶段三相线运动特性与固体界面性质密切相关。采用幂律模型L=atb分析了气泡在均质固体表面铺展动力学,结果表明快速和慢速铺展阶段分别呈现1/2(惯性控制区)和1/10(粘性控制区)指数,并且煤样表面快速铺展阶段同样出现1/2指数特征。基于固体表面物化结构分析得出,均质/非均质固体表面疏水性越好,对气泡吸引力越大,其三相线铺展长度越长;固体表面越不规则,孔隙/沟壑越多,对铺展过程三相线长度(L)、气泡最大宽度(W)及其对应位置(H)影响越大;褐煤和无烟煤由于非均匀物理化学结构而产生的钉扎效应以及气体融合效应,使得其三相线运动规律和气液界面形态演变与均质固体相差较大。总之,颗粒气泡粘附过程中三相线铺展行为与固体表面物理化学结构及其均匀性密切相关。


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