采用高速攝相機(jī)和粒子圖像測(cè)速技術(shù)（PIV技術(shù)）對(duì)靜水中單個(gè)氣泡的上升行為進(jìn)行了觀測(cè)探究。通過(guò)分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)了氣泡的形狀變化與其上升速度間的關(guān)系:氣泡形狀越扁平,上升速度越快。此外,隨著生成氣泡的針頭內(nèi)徑變大,生成氣泡的尺寸也會(huì)隨之增大,但其平均上升速度會(huì)隨針頭內(nèi)徑的增大而先減小后增大。通過(guò)對(duì)比分析不同工況下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn):氣泡在半徑為2.2～2.3mm之間時(shí),具有最小上升速度,約為0.22m/s。通過(guò)對(duì)氣泡上升速度函數(shù)進(jìn)行傅里葉分析發(fā)現(xiàn)了氣泡上升速度的波動(dòng)周期與氣泡大小之間的關(guān)系:氣泡越大,速度波動(dòng)頻率越大,波動(dòng)周期越小。通過(guò)PIV技術(shù)對(duì)靜水中上升氣泡周?chē)牧鲌?chǎng)進(jìn)行逐幀分析,發(fā)現(xiàn)氣泡周?chē)芷谛缘某霈F(xiàn)環(huán)狀流場(chǎng),并總結(jié)得出了氣泡上升方向與流場(chǎng)變化間的聯(lián)系。 

【文章來(lái)源】：核科學(xué)與工程. 2019,39(06)北大核心CSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：10 頁(yè)

【部分圖文】：

實(shí)驗(yàn)設(shè)備簡(jiǎn)圖

PIV技術(shù)采集氣泡圖像及后續(xù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理流程如圖2所示。在一個(gè)工作循環(huán)中，高速相機(jī)曝光兩次：第一幀圖像在背光下拍攝，用于分析上升氣泡的形態(tài)；第二幀圖像在激光照射下拍攝，用于分析上升氣泡周?chē)牧鲌?chǎng)。背光燈開(kāi)啟的時(shí)間為300us，激光開(kāi)啟時(shí)間為2us，二者工作間隙分別為200us和498us。重復(fù)上述工作流程并在1.5s內(nèi)拍攝1 500幀圖像。實(shí)驗(yàn)環(huán)境為常溫常壓（溫度約為27℃，壓力約為101kPa）。背光燈開(kāi)啟時(shí)，因空氣和水的折射率不同，上升氣泡的輪廓會(huì)清晰呈現(xiàn)在圖像中。隨后對(duì)所得背光圖像進(jìn)行二值化處理，得到圖2中所示的黑白像素圖。二值化處理過(guò)程如圖3所示，剔除像素值大于219和小于22的點(diǎn)，并且將像素值變化梯度大于2.98%的位置設(shè)定為邊界。隨后利用DynamicStudio6.2軟件中閉合圖形的方法，填充偶爾出現(xiàn)的氣泡空心（例如圖3最終圖像中位于氣泡中心的白色空心）。此800×1920像素點(diǎn)的黑白圖像后續(xù)有兩方面應(yīng)用：其一為添加進(jìn)流場(chǎng)矢量圖像中用以表示上升氣泡周?chē)牧鲌?chǎng)，其二為導(dǎo)入MATLAB軟件計(jì)算氣泡上升速度。

背光燈開(kāi)啟時(shí)，因空氣和水的折射率不同，上升氣泡的輪廓會(huì)清晰呈現(xiàn)在圖像中。隨后對(duì)所得背光圖像進(jìn)行二值化處理，得到圖2中所示的黑白像素圖。二值化處理過(guò)程如圖3所示，剔除像素值大于219和小于22的點(diǎn)，并且將像素值變化梯度大于2.98%的位置設(shè)定為邊界。隨后利用DynamicStudio6.2軟件中閉合圖形的方法，填充偶爾出現(xiàn)的氣泡空心（例如圖3最終圖像中位于氣泡中心的白色空心）。此800×1920像素點(diǎn)的黑白圖像后續(xù)有兩方面應(yīng)用：其一為添加進(jìn)流場(chǎng)矢量圖像中用以表示上升氣泡周?chē)牧鲌?chǎng)，其二為導(dǎo)入MATLAB軟件計(jì)算氣泡上升速度。在MATLAB構(gòu)建與圖像同樣大小的像素矩陣：

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]震動(dòng)加速度作用下氣泡行為數(shù)值模擬研究[J]. 曾慶允,蔡杰進(jìn),鐘明煌.  熱力發(fā)電. 2013(12)
[2]震動(dòng)條件下水中氣泡上升過(guò)程試驗(yàn)研究[J]. 蔡杰進(jìn),鐘明煌,曾細(xì)香,王可,林永成,渡邊正.  熱力發(fā)電. 2013(10)
[3]基于OpenFOAM的氣泡上升特性數(shù)值模擬[J]. 蔡杰進(jìn),曾慶允,渡邊正.  熱力發(fā)電. 2013(09)



本文編號(hào)：3386346