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1、文章编号：1000-4874(2008)-06-0709-06*静止水下气泡运动特性的测试与分析11112徐炯，王彤，杨波，谷传纲，王焕然（1.上海交通大学动力机械与工程教育部重点实验室,上海200240;2.西安交通大学能动学院,西安710049）摘要：该文用高速摄影对稳定状态静止水下气泡生成和运动形态进行分析，详细讨论了气泡的动力理论特性。运用数字图像处理技术，对高速摄影图片的像素进行灰度归一化处理及二进制转化，通过对气泡质心运动的跟踪来获得其运动特性，并对所得数据进行编程处理分析，得到气泡运动轨迹。同时，结合Stokes和卡门涡理论分析，得到稳定状态下不同尺寸单个气泡的
2、速度变化规律，运动轨迹规律等各种运动特性，并将实验结果与理论进行比较分析来判断其可行性。对稳定状态下的气泡研究可以为更深入的研究有扰动下的气泡复杂性提供基础和依据。关键词：气泡；速度；高速摄影；卡门涡+中图分类号:TV131.32文献标识码:AThemeasurementandanalysisofmotionbehaviorofbubblesincalmwater11112XUJiong,WANGTong,YANGBo,GUChuan-gang,WANGHuan-ran(1.KeyLaboratoryforPowerMachineryandEngineeringoftheMi
3、nistryofEducationofChina,ShanghaiJiaoTongUniversity,Shanghai200040,China;2.DepartmentofEnergy&PowerEngineering,Xi'anJiaoTongUniversity,Xi'an710049,China)Abstract:Inthisarticle,highspeedphotographequipmentwasusedtotakephotosforthebubblesinthecalmwater,whichwereunderthesteadyconditionsandcand
4、escribethedynamicpropertyofthebubbles.Accordingtoimageprocesstechnology,photoelementswereconvertedintobinarynormalformstotracethebubble’sbarycentertogetitsmotioncharacteristic.CombiningwithStokesandKarmanVortextheory,thecharacteristicofascendantmotionofbubbleswithdifferentsizewasobtainedthr
5、oughprogrammingandanalyzingthedata.Also,theexperimentresultandtheoryanalysiswerecomparedwitheachothertoevaluateitsfeasibility.Thissteadycanprovideafoundationforfurtherinvestigationonbubblemotionwithdisturbance.Keywords:bubble;velocity;highspeedphotograph;Karmanvortex*收稿日期：2008-08-28(2008-09
6、-27修改稿)基金项目：国家自然科学基金项目(50676054)作者简介:徐炯(1984－),女,浙江省平湖人,硕士生.710水动力学研究与进展A辑2008年第6期2研究方法1引言2.1实验设备气泡广泛存在于化工、医药、动力、航天、热能、船舰等各个领域中。流场中裹挟着气泡，使工本文使用FASTCAM-ultimaAPX高速相机系质流动性能发生变化。如发动机水下排气，根据船统对实验进行图像数据的采集。采集系统由以下几舰运动尾流来对水下船舰进行跟踪、识别等都与气个部分组成，CCD镜头，数据线，图像处理器，泡密切相关。因此水中气泡运动规律的研究越来越IE1394传输线，和图像采集处
7、理软件，如图1所示。受到国内外学者的关注。针对不同条件下产生的气为了提高气泡运动测试的准确度和分析的可泡其研究侧重点不同，但对其特性的研究都离不开靠性，实验采用了以下措施：对气泡运动的分析。1）由于气泡表面反光的特殊性，无法用点光目前气泡研究领域中，主要分为两个方向，分源对其拍摄，因此测试均在自然光源下进行。根据别是数值分析和实验分析。数值分析是指对气泡运对高速摄影照片光强分析，自然光源下高速摄影频动方程进行数值方法求解，从而得到气泡各运动参率设置最高只能采用250张/秒；[1]数。许卫新通过数值计算后
