静止水中单个近壁大气泡运动特性的实验研究

发布时间：2024-02-27 15:22

　　气泡运动不稳定性直接关系到气液两相传递作用。本文利用高速摄影技术结合阴影法对静止水中大雷诺数(～O(10³))气泡在竖直壁面附近的上升运动进行实验研究,通过改变气泡与壁面初始间距,考察气泡轨迹、变形、旋转、速度及加速度等运动特征的变化规律。结果发现气泡呈二维"之"字形周期性振荡上升;与运动轨迹相对应,气泡形变、旋转角度、速度及加速度均呈周期性变化。气泡与壁面初始间距小于1.03倍气泡等效直径时,气泡与壁面发生碰撞,气泡迎面碰壁后形状发生突变,加速度达到峰值,气泡旋转背向弹开;当气泡-壁面初始间距大于1.03倍气泡等效直径时,气泡与壁面不碰撞,壁面作用减弱,气泡形状变化缓慢且不发生滚动换向,呈摆动上升,气泡逐渐远离壁面。随着气泡-壁面初始间距的增大,气泡横向摆动幅度逐渐减小,纵向跨度增大,气泡形状变化幅度逐渐减小,气泡速度和加速度变化幅度略有降低。壁面作用导致高雷诺数气泡大变形,动能与变形能周期性转化,对强化气液传热传质具有重要作用。

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

图1实验装置示意图

尽管学者们对近壁气泡运动进行了相关研究,但多是集中于对球形小气泡研究,而工业实际应用中,气泡大小不一,在流化床、水下爆炸[15]、液态金属加工等过程中常出现大气泡。大气泡变形较大,运动规律复杂,研究壁面附近大气泡运动规律对于理解气液两相传热传质机理具有重要理论意义和工程应用价值。....

图2图像处理过程

用MATLAB软件对相机采集的图像序列进行批量处理。首先对图像进行预处理,以降低拍摄过程中的噪声,如图像背景不均匀、气泡与背景对比度不明显、气泡边缘模糊等。利用低通滤波器滤去高频噪声;采用阈值分割法,对图像进行二值化处理,将气泡从背景中清晰分离;从二值化图像中提取气泡相关特征参数....

图4气泡长短轴、等效直径及气泡纵横比随上升高度的变化

图3不同气泡壁面初始间距下气泡运动轨迹3.2气泡变形

图5气泡旋转角度示意图

采用气泡纵横比考察气泡变形情况,如图4所示。由图4可看出,气泡上升过程中等效直径较为稳定,气泡存在不同程度变形。当S*≤1.03时,气泡长短轴变化趋势相反,在气泡靠近壁面过程中,长轴减小,短轴增大,距离壁面最近处,气泡与壁面发生碰撞,纵横比发生突变,急剧降低至约为1,形状接近球形....

本文编号：3912665