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使用高速摄像机拍摄管口浸没方式下气泡生成场景
来源:http://www.hfgsxj.com发布时间:2021-01-13 11:20:46
使用高速摄像机可以拍摄管口浸没方式下气泡生成场景,帮助科研工作者完成三种管口浸没方式下气泡生成行为过程的可视化实验与三维数值模拟。在环境、化工等工业领域中,如何保障工业设备(如鼓泡塔、流化床、换热器)安全运行,如何提高能源传递效率是研究热点。其中,对气泡及其运动特性的观测研究可为工业过程优化与提升提供重要依据。
 
气泡行为特性与管口处气泡生成特性关联度很高,依据管口在液池中的浸没方式可分为底吹(管口向上)、侧吹(管口水平布置)、顶吹(管口向下)三种。高速摄像机主要应用于观测平口管口处气泡生成运动演变过程、探析气泡脱离直径随平口管内气体流量的变化规律、探析气泡膨胀脱离过程中气液流程的分布特性规律三大细分领域。
高速摄像机
 
可以准备一套可视化实验系统,液池采用钢化玻璃。平口管口分别以管口向上的底部浸没方式、管口水平布置的侧面浸没方式和管口向下的顶部浸没方式分别浸没在液体中,管口距液态液面垂直高度为20cm,气体进口流量采用流量计调节。采用高速摄像机以100万分辨率,500 fps搭配佳能微距镜头观测气泡在管口处生成运动过程,曝光时间设定为600μs,采集周期为2222μs,采集数据实时传输至上位机。所需设备有: 1、上位机处理系统2、高速摄像机数据线3、高速摄像机4、空压机5、阀门6、流量计7、橡胶管8、橡皮塞9、液池10、不锈钢管11、钢化玻璃容器12、柔光布13、补光灯
 
气泡生成运动的演变过程,可具体划分为“生成-膨胀-颈缩”脱离三个阶段。高速摄像机观测下,发现底吹、侧吹、顶吹三种形式下气泡脱离时间不同,形态规则各有差别。时间维度,侧吹形式下气泡整个膨胀脱离所需时间最短,顶吹所需时间最长;形态维度,底吹形式规则的圆形,侧吹形式下的气泡由扁球状变为蘑菇状最终以近似球型脱离,而顶吹形式下气泡的形态由半球向椭球过渡,且主要以椭球形态为主。
 
气泡在脱离管口时的直径与平口管内气体流量的变化规律相关。高速摄像机观测发现,三种浸没方式下,气泡脱离直径随气体流量的增加而增大,其中顶吹式下的气泡脱离直径最大。而侧吹式下,受气泡膨胀方向与所受的压力、重力、浮力等不在同一方向上的影响,抑制了气泡的有效膨胀,致使第III阶段颈缩提前,导致气泡脱离直径最小。
 
作为可视化实验不可或缺的一环,高速摄像机可助力科研人员精准观测气泡形态演变全过程及关键特征参数的获取,辅助建立科学的数值模型,掌握气泡行为规律,更好地服务于工业设备的研发。
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