氣泡運(yùn)動(dòng)不穩(wěn)定性直接關(guān)系到氣液兩相傳遞作用。本文利用高速攝影技術(shù)結(jié)合陰影法對(duì)靜止水中大雷諾數(shù)(～O(10³))氣泡在豎直壁面附近的上升運(yùn)動(dòng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究,通過改變氣泡與壁面初始間距,考察氣泡軌跡、變形、旋轉(zhuǎn)、速度及加速度等運(yùn)動(dòng)特征的變化規(guī)律。結(jié)果發(fā)現(xiàn)氣泡呈二維"之"字形周期性振蕩上升;與運(yùn)動(dòng)軌跡相對(duì)應(yīng),氣泡形變、旋轉(zhuǎn)角度、速度及加速度均呈周期性變化。氣泡與壁面初始間距小于1.03倍氣泡等效直徑時(shí),氣泡與壁面發(fā)生碰撞,氣泡迎面碰壁后形狀發(fā)生突變,加速度達(dá)到峰值,氣泡旋轉(zhuǎn)背向彈開;當(dāng)氣泡-壁面初始間距大于1.03倍氣泡等效直徑時(shí),氣泡與壁面不碰撞,壁面作用減弱,氣泡形狀變化緩慢且不發(fā)生滾動(dòng)換向,呈擺動(dòng)上升,氣泡逐漸遠(yuǎn)離壁面。隨著氣泡-壁面初始間距的增大,氣泡橫向擺動(dòng)幅度逐漸減小,縱向跨度增大,氣泡形狀變化幅度逐漸減小,氣泡速度和加速度變化幅度略有降低。壁面作用導(dǎo)致高雷諾數(shù)氣泡大變形,動(dòng)能與變形能周期性轉(zhuǎn)化,對(duì)強(qiáng)化氣液傳熱傳質(zhì)具有重要作用。

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【部分圖文】：

圖1實(shí)驗(yàn)裝置示意圖

盡管學(xué)者們對(duì)近壁氣泡運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了相關(guān)研究,但多是集中于對(duì)球形小氣泡研究,而工業(yè)實(shí)際應(yīng)用中,氣泡大小不一,在流化床、水下爆炸[15]、液態(tài)金屬加工等過程中常出現(xiàn)大氣泡。大氣泡變形較大,運(yùn)動(dòng)規(guī)律復(fù)雜,研究壁面附近大氣泡運(yùn)動(dòng)規(guī)律對(duì)于理解氣液兩相傳熱傳質(zhì)機(jī)理具有重要理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值。....

圖2圖像處理過程

用MATLAB軟件對(duì)相機(jī)采集的圖像序列進(jìn)行批量處理。首先對(duì)圖像進(jìn)行預(yù)處理,以降低拍攝過程中的噪聲,如圖像背景不均勻、氣泡與背景對(duì)比度不明顯、氣泡邊緣模糊等。利用低通濾波器濾去高頻噪聲;采用閾值分割法,對(duì)圖像進(jìn)行二值化處理,將氣泡從背景中清晰分離;從二值化圖像中提取氣泡相關(guān)特征參數(shù)....

圖4氣泡長(zhǎng)短軸、等效直徑及氣泡縱橫比隨上升高度的變化

圖3不同氣泡壁面初始間距下氣泡運(yùn)動(dòng)軌跡3.2氣泡變形

圖5氣泡旋轉(zhuǎn)角度示意圖

采用氣泡縱橫比考察氣泡變形情況,如圖4所示。由圖4可看出,氣泡上升過程中等效直徑較為穩(wěn)定,氣泡存在不同程度變形。當(dāng)S*≤1.03時(shí),氣泡長(zhǎng)短軸變化趨勢(shì)相反,在氣泡靠近壁面過程中,長(zhǎng)軸減小,短軸增大,距離壁面最近處,氣泡與壁面發(fā)生碰撞,縱橫比發(fā)生突變,急劇降低至約為1,形狀接近球形....

本文編號(hào)：3912665