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1、第26卷第3期重庆交通学院学报Vol.26No.32007年6月JOURNALOFCHONGQINGJIAOTONGUNIVERSITYJune,2007水中气泡运动规律的研究刘胜,杨成渝,王平义(重庆交通大学河海学院,重庆400074)摘要:通过对水下气泡的受力分析,建立气泡在水中运动的微分方程,通过数值方法进行简化求解,得出用水深表示速度的ω(h)解析关系式,用以描述气泡运动包括加速段的整个过程.气泡急剧加速上升阶段很短,与直径有关;上升的最终速度与气泡的直径有关,与水深无关;接近恒速阶段的起始速度与水深有密切关系.关键词:气泡;近
2、恒速;加速段中图分类号:TV131.4文献标识码:A文章编号:10012716X(2007)0320136204StudyontheLawofBubbleMovementinWaterLIUSheng,YANGCheng2yu,WANGPing2yi(SchoolofRiver&OceanEngineering,ChongqingJiaotongUniversity,Chongqing400074,China)Abstract:Throughtheanalysisoftheairbubblestressunderwater,thedif
3、ferentialequationofairbubblemovementinwaterwasestablished.Thesimplificationwascarriedoutthroughthevaluemethod,andtheanalyticequationofω(h),withwaterdepthexperssingspeed,wasputforwardtodescribethewholeprocessofairbabblemovementincludingtheaccelerationphase.Thesevereaccele
4、rationphaseisshortwhichisconnetedwithdiameter,andthefinalupliftedspeedisalsoconnectedwithdia,buthasnothingtodowithwaterdepthwhichiscontrarytothestartspeedofapproximateconstantphase.Keywords:airbubble;nearconstantspeed;accelerates气泡广泛存在于化工、生物、医药、动力设备、核没有对气泡在水中的运动全过程给以全面的表
5、述,[1]反应堆、航天、热能等领域.显然,气泡运动规律对许即对气泡的加速阶段没有公式表述.蒋炎坤也只多工程问题也就有着重要的影响,如船舶发动机水是通过试验数据拟和给出了气泡加速阶段粗略的描下排气会造成螺旋桨和润滑轴承的气蚀;利用气泡[3]述.程文通过实验数据描绘了气泡终速度与气泡加速反应装置中的物质混合,热量交换及化学反应直径的关系曲线,得到在某一直径时,气泡终速度有过程;防止水路和港口结冰;尤其在水处理方面,曝极值.基于牛顿运动定律进行分析,对气泡包括加速气、气浮及气选等工艺的处理能耗和处理效率与气段的整个运动过程,给出了公式及其数值
6、求解和图泡运动特性密切相关等等.因而对气泡运动规律的形描述.研究对生产实际、流体力学及两相流动的发展都有1气泡运动的受力分析着重要的意义.在前人的基础上对水中气泡进行了研究气泡运动特性,首先要对其进行受力分析,研究,给出包括加速段过程的完整公式描述.虽然得到的加速段很短,但在研究浅池曝气及其它模型实然后建立方程求解.在这只研究静水中气泡沿垂线验分析时很有价值.方向上的运动规律,假定气泡周围的水是静止的,气目前就气泡上升速度的研究来看,Stokes及泡直径d≤=3mm,故可以认为气泡在运动过程中Mendelson公式给出了终速度的解析表达
7、式;Peebles为很规则的球形.水中作用在气泡上的力主要有以和Garber根据试验得到终速度的经验公式;他们都下3种,见图1.收稿日期:2006202228;修订日期:2006203227作者简介:刘胜(19812),男,辽宁昌图人,硕士研究生,主要从事港口、海岸及近海工程.第3期刘胜等:水中气泡运动规律的研究137为计算方便令:(ρl-ρg)nRT/(ρlm)=(ρl-ρg)RT/(ρl28.966)=N(6a)3(ρl-ρg)g×10.31πd0=N(6b)m×6图1水作用在气泡上的力k=3πd0μ/m(7)式(7)中的d0是气泡
8、上升到水面时的直径.通过试图1中各参数意义如下:验观察,气泡从针孔产生时,近乎于弹出,则经简化1)重力FG,FG=mg=ρggV.求解微分方程(1)解得:m为气泡的质量,m=28.966n;g为重力加速K2
