基于水动力学计算的气泡上升规律研究.pdfVIP

第3期 水 利 信 息 化 N 0．3 2011年6月 |台terRCSOUFCCSInformatization Jun一20l】 基于水动力学计算的气泡上升规律研究 缴 健 ，‘何生荣 ，李玉婷 ，罗玉峰 (1．河海大学 水利水电学院，江苏 南京 210098； 2．水利部南京水利水文 自动化研究所，江苏 南京 210012) 摘 要：不同直径气泡上升时间与水深之间的关系是气泡浮子法测流的基础。针对静水中气泡上升的加速与匀 速过程进行 了计算与分析 ，将气泡上升过程划分为加速与匀速段，基于流体力学原理，求得气泡匀速上升速度 与直径之间的关系、加速时间及其高度 占总上升过程的比例，以及不同直径气泡冒出时间与水深之间的关系。 结果表明，气泡直径在 [0．5，2．0】mm区间时最终速度的流态处于过渡区，在 (2．0，4．0]mm区间时最终速度的流 态处于紊流区，且最终速度随直径增大而增大；加速上升时间及其高度 占总过程的比例极小，故可对气泡上升 全过程近似做 匀速处理 ；相 同水深下，气泡直径越大，冒出时间越短 。 关键词：浮子测流法；气泡；上升速度；上升规律；水深；水动力学 中图分类号：TVI31．2 文献标识码：A 文章编号：1674-9405(2O11)03—004卜O4 0 引言 程中气泡与大颗粒碰撞的轨迹误差进行了计算 】。 在气泡上升速度研究中，蒋炎坤根据试验数据拟给 河道流速是水文测验 中的重要观测项 目， 目前 出了气泡加速阶段粗略的描述 】。程文通过实验数 一 般采用流速仪法进行观测。该方法需要缆道或测 据描绘 了气泡终速度与气泡直径的关系 曲线，并计 船 ，费工费时且难 以实现 自动化和连续测流。为了 算得到某一气泡直径上升终速度 J6。，但并未考虑 解决上述 问题 ，有学者提 出使用河流流量测量的浮 加速段对上升速度的影响。刘胜通过公式推导给 出 予式积深法，即利用浮子 白河底上升至水面的冒出 不 同流态下终速度与水深之间的关系曲线 J，但未 时间和随水流动的水平距离，计算得到河流垂线平 明确指出气泡直径对流态的影响。也有人关注到气 均流速，进而达到流量测量的 目的。可利用人工气 泡在上升过程 中由于压力变化所产生的形状变化 问 泡发生装置从河底发生的气泡作为浮子。杨玉阁川 题，AmayaBower利用格子波尔兹曼法对此进行了 根据实测资料拟合出气泡冒出时间和水深之问的关 模拟 l8】。徐炯试验结果表明，直径为0．5～4．0mm的 系曲线，论证了气泡作为浮子在小水深、低流速河 气泡 ，其上升高度与时间呈 良好的线性关系 9【】。程 流中测量流量的可行性。在气泡浮子法测流中，气 文通过试验观察，认为气泡直径在5．0mm 以内可 泡冒出时间是影响测流精度的重要因素，因此其上 以认为是球形，5．0～8．0mm认为是椭球形 [6158。 升过程、速度等是需要重点关注的问题 。 因此 ，为 了排 除气 泡上 升过 程形 状变 化对上 升 液体中气泡的上升运动规律 问题 ，在化工、舰 时间的影响，用于浮子法测流的气泡直径不宜大 船等领域被广泛关注。Mfilaga用积分法研究了稀释 于 5．0film。 聚合物溶液中气泡形状 口；Jiang研究了假塑性流体 采用气泡作为浮子进行流量测量 目前尚处摸索 中气泡群的混沌合并情况 ；Basarov