[发明专利]一种基于低湍流度水槽的气泡产生和融合实验装置及方法

权利要求书

1.一种基于低湍流度水槽的气泡产生和融合实验装置，其特征在于，所述装置包括：低湍流度循环水槽、通气设备及气泡图像采集分析系统，所述低湍流度循环水槽与通气设备连通，所述气泡图像采集分析系统设置于所述低湍流度循环水槽侧面；其中，

所述低湍流度循环水槽提供产生气泡以及产生的大量气泡融合的水环境；

所述通气设备用于向所述低湍流度循环水槽通入气体产生气泡；

所述气泡图像采集分析系统用于对所述低湍流度循环水槽内气泡图像参数进行采集和分析，得到气泡形态变化规律、气泡生长周期变化规律和气泡融合规律；

所述通气设备包括平板模型、气瓶、控制阀、流量计和过滤阀，其中，

所述气瓶的出气口与所述控制阀的进气口相连通，所述控制阀的出气口与所述流量计的第一端口相连通，所述流量计的第二端口与所述过滤阀的进气口相连通，所述过滤阀的出气口与所述平板模型连通，所述平板模型设置于试验水槽内，所述过滤阀设置于试验水槽内；

所述平板模型的表面可以附着不同亲疏水性质的涂层，从而改变平板与水滴的静态接触角，用于研究静态接触角对于气泡演化的影响；

所述平板模型包括楔形和平板，所述楔形与所述平板一体成形，所述楔形前端设置倾斜面，所述倾斜面的角度为20-40°，通过改变倾斜面的角度，改变平板前端来流的边界层的厚度，用于研究边界层效应对气泡演化的影响；

所述平板上设置多个通气孔，所述通气孔与过滤阀出气口连通，设定相邻所述通气孔孔心之间的距离为通气孔孔间距；

通过在平板模型上改变通气孔的个数，既可以实现单气泡生长演化，又可实现气泡群融合以及气泡-气层流态的转变过程；

改变通气孔直径、通气流速、通气孔数量和通气孔间距对气泡融合及流态的影响，得到气泡融合规律、气泡生长周期变化规律和气泡形态变化规律。

2.根据权利要求1所述的一种基于低湍流度水槽的气泡产生和融合实验装置，其特征在于：所述低湍流度循环水槽包括试验水槽、电机、整流板、水泵、进水槽和出水槽；所述进水槽与试验水槽进水口连通，所述出水槽与试验水槽出水口连通，所述整流板设置于进水槽内，临近试验水槽进水口，进水槽的近试验水槽端的宽度大于出水槽的宽度，所述进水槽与所述出水槽连通，所述水泵设置于进水槽进水口处，与电机电连接。

3.根据权利要求2所述的一种基于低湍流度水槽的气泡产生和融合实验装置，其特征在于：所述试验水槽两侧设置透明观测窗，所述试验水槽顶端无盖，与大气连通。

4.根据权利要求1所述的一种基于低湍流度水槽的气泡产生和融合实验装置，其特征在于：所述通气孔的个数为2个-6个，所述通气孔的直径为1mm-10mm,所述通气孔孔间距为通气孔直径的2倍-5倍。

5.根据权利要求1所述的一种基于低湍流度水槽的气泡产生和融合实验装置，其特征在于：所述气泡图像采集分析系统包括高速摄像机和电脑，所述高速摄像机与电脑通过电线连接，设置所述高速摄像机的镜头面向所述循环水槽的侧壁，垂直于进水水流方向；

所述高速摄像机用于拍摄所述低湍流度循环水槽内气泡的图像；

所述电脑用于获取高速摄像机拍摄气泡图像，并通过对气泡图像进行分析，获得气泡形态变化规律、气泡周期生长变化规律和气泡融合规律。

6.根据权利要求1和5任一项所述的装置，其特征在于，所述气泡生长周期为气泡初生与脱落瞬间图像拍摄时间的差值，所述气泡形态参数包括气泡偏移、气泡旋转和气泡倾斜角度。