垂直上升管中氣泡動力學(xué)特性實驗研究.pdf

1、在氣液兩相流中，氣泡的大小、形狀、運動軌跡以及氣液兩相之間的相互作用是影響兩相流動行為的重要參數(shù)。因此，全面深入地研究氣液兩相流中氣泡動力學(xué)特性對解決許多實際工程中的問題具有一定的指導(dǎo)作用。本研究以蒸餾水、自來水和甘油水溶液中單個氣泡為研究對象，采用高速攝影技術(shù)并結(jié)合數(shù)字圖像處理算法提取氣泡特征參數(shù)，進(jìn)而對氣泡的動力學(xué)特性進(jìn)行研究，主要完成的工作和得出的結(jié)論如下:
　　(1)搭建了一套可視化兩相流場實驗測試平臺，提出了合適的數(shù)字圖

2、像處理算法，該算法主要包括圖像預(yù)處理、圖像二值化、圖像填充、圖像邊緣檢測和氣泡特征參數(shù)提取，并基于MATLAB數(shù)字圖像處理工具箱，成功提取了數(shù)字圖像中氣泡的特征參數(shù)。
　　(2)在水中，氣泡的運動軌跡與氣泡直徑、噴嘴內(nèi)徑和氣泡形狀密切相關(guān);當(dāng)氣泡直徑較小時，氣泡為球形并保持直線上升，氣泡直徑較大時，氣泡發(fā)生變形，運動軌跡轉(zhuǎn)變?yōu)橹中?、螺旋形或雜亂型;氣泡呈之字形或螺旋形上升時，氣泡的運動速度和縱橫比出現(xiàn)周期振蕩，且兩者之間呈反函數(shù)

3、關(guān)系。在甘油水溶液中，氣泡的運動軌跡為直線，氣泡脫離噴嘴后形狀迅速穩(wěn)定，不發(fā)生振蕩。
　　(3)在低粘度的水中，氣泡的形狀主要受慣性力和表面張力控制，粘性力的影響較小，當(dāng)氣泡直徑較大時，還需考慮重力對氣泡形狀的影響;在高粘度的甘油水溶液中，氣泡的形狀主要受粘性力、表面張力和慣性力控制。
　　(4)在水中，氣泡的終速度與氣泡直徑、噴嘴內(nèi)徑和縱橫比有關(guān)。氣泡直徑一定時，縱橫比越小，終速度越大。氣泡終速度與氣泡直徑或?qū)?yīng)的無量綱參

4、數(shù)之間呈S狀分布，氣泡終速度共分為三個區(qū)域:粘性力控制區(qū)域、表面張力控制區(qū)域和慣性力控制區(qū)域。
　　(5)甘油水溶液中CD與Re和We之間的關(guān)系式為:CD=23.4911Re-0.6668We-0.1531;蒸餾水和自來水中CD與Eo，Re和We之間的關(guān)系式為:CD=max(14.7825Re-0.6254,min(0.755Eo0.6076,2.0638We0.0983))
　　(6) Tomiyama的預(yù)測模型對水中氣泡