垂直上升管中氣泡動(dòng)力學(xué)特性實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、在氣液兩相流中，氣泡的大小、形狀、運(yùn)動(dòng)軌跡以及氣液兩相之間的相互作用是影響兩相流動(dòng)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(dòng)力學(xué)特性對(duì)解決許多實(shí)際工程中的問(wèn)題具有一定的指導(dǎo)作用。本研究以蒸餾水、自來(lái)水和甘油水溶液中單個(gè)氣泡為研究對(duì)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(duì)氣泡的動(dòng)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(chǎng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試平臺(tái)，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(cè)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(yùn)動(dòng)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(shí)，氣泡為球形并保持直線上升，氣泡直徑較大時(shí)，氣泡發(fā)生變形，運(yùn)動(dòng)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(shí)，氣泡的運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)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(shí)，還需考慮重力對(duì)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(shí)，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(wú)量綱參

4、數(shù)之間呈S狀分布，氣泡終速度共分為三個(gè)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(lái)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(cè)模型對(duì)水中氣泡