[發明專利]一種捕捉氣泡聚合過程的方法和裝置

有效

• 申請號: 201410347675.3
• 申請日: 2014-07-22
• 公開（公告）號: CN104089754A
• 公開（公告）日: 2014-10-08
• 發明（設計）人: 龐明軍;張晶;沈琴
• 申請（專利權）人: 常州大學
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00
• 代理公司: 常州市英諾創信專利代理事務所(普通合伙) 32258
• 代理人: 王美華;任曉嵐

技術領域

本發明涉及流體力學多相流氣泡動態行為測量技術領域，適用于氣泡與氣泡聚合過程動態行為的捕捉和記錄，特別適用于兩個氣泡間的相互碰撞、相互接觸、并由兩個氣泡合并成為一個氣泡動態過程的捕捉和記錄。

背景技術

氣液兩相泡狀流廣泛存在于工業界和自然界中，因此深刻理解氣泡的動態行為(如氣泡的碰撞和聚合過程)對于理解和豐富氣液兩相泡狀流的水動力學特征以及改善和控制泡狀流的傳熱和傳質效率具有重要意義。盡管目前已開發了形式多樣的光學拍照測試和記錄系統，然而由于氣泡的動態行為不易人為控制、而且整個過程往往是在瞬間完成，因此捕捉氣泡的動態行為非常困難，這極大地限制了人們對氣液兩相泡狀流水動力學特征的理解。因此，要想深刻理解氣液兩相泡狀流的水動力學特性，必須解決氣泡動態行為的科學捕捉問題。

盡管目前氣泡的生成方法很多，有電解法、空氣注入法、加壓溶解法、空化法、機械攪拌等方法，但這些方法均不易控制氣泡的數量、大小、速度以及穩定性，極大地增加了氣泡聚合過程的捕捉難度。因此，氣泡良好生成方法的取得對于氣泡聚合過程的捕捉也極其重要。

發明內容

為了克服現有光學拍照系統無法準確捕捉氣泡的動態聚合過程，本發明的目的在于提供一種捕捉氣泡聚合過程的測量方法和裝置。在測量方法和測量裝置簡便易于實施的情況下，實現兩個氣泡動態聚合過程的準確捕捉和記錄。而且該裝置能夠有效捕捉和測量不同物理特性氣泡的動態行為和過程，如單個氣泡在液面上的動態演變過程、兩個不同尺寸或相同尺寸氣泡的動態碰撞過程，以及兩個不同尺寸或相同尺寸氣泡的碰撞、聚合乃至破裂過程。

本發明的理論原理是：利用靜壓力平衡原理在密閉容器內產生單個氣泡，單個氣泡憑借浮力驅動向上運動產生的慣性和自身尾流的影響，浮出液面后會在液面上繼續做不規則的滑行運動，當兩個氣泡遇到一起就會發生一系列復雜動態的聚合行為，利用高速相機將這些動態過程記錄下來，通過進一步分析即可給出氣泡聚合過程復雜的運動特征。

為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案如下：

一種捕捉氣泡聚合過程的裝置，包括氣泡聚合發生裝置和用于記錄和分析氣泡聚合發生裝置內氣泡運動過程的拍攝及數據處理設備；

所述的氣泡聚合發生裝置包括，密封的充液容器、充液管、若干滴液管和進氣管，所述的充液管安裝在充液容器上部并與充液器內部連通，所述充液管上設置有閥門；所述滴液管開口向下安裝在充液容器底部，用于在重力作用下將充液容器內液體排出，所述滴液管上安裝有調節閥；所述的進氣管與滴液管連通作為滴液管的支管，其開口端與大氣連通，且其高度高于充液容器中液體的高度。

為了便于拍攝，作為優選，所述的充液容器為透明的方形容器。

作為優選，所述的滴液管數量為兩個。當然若只采用一根滴液管也同樣適用于本發明，只是產生氣泡在時間上有間隔；兩根比較好，可以同時產生氣泡，而且如果其中一根產生的氣泡比較小，另一根產生的氣泡比較大，這樣可以同時觀察不同大小氣泡的聚合行為。

為了便于調節調節閥開啟程度的大小，作為優選，所述的充液容器上部安裝有壓力計。

進一步地，所述的拍攝及數據處理設備包括高速相機、用于處理高速相機所捕捉到的數據的計算機和用于輔助高速相機拍攝的輔助光源，所述高速相機與計算機傳輸連接。

為了保證滴液管與充液容器安裝的密封性以及方便不同直徑滴液管的更換，作為優選，所述的充液容器底部具有開口，所述開口內內安裝有底部接管，底部接管內塞有橡皮塞；所述滴液管上部為錐形管道、下部為等直徑圓管，滴液管上部錐形管道插入并穿過橡皮塞使滴液管與充液容器連通。

為了避免空氣中的雜質進入充液容器內污染氣泡界面、改變氣泡的運動狀態，作為優選，所述的進氣管開口端設置有空氣過濾器。

進一步地，為了便于空氣過濾器的安裝，所述的進氣管開口端安裝有圓筒形座，所述的空氣過濾器安裝在圓筒形座內。

為了便于操作，作為優選，所述氣泡聚合發生裝置還包括用于支撐充液容器的支架。

利用上述裝置捕捉氣泡聚合過程的方法，步驟如下：(1)關閉滴液管上的調節閥，打開充液管上的閥門向充液容器中注入液體；

(2)關閉充液管上的閥門，打開滴液管上的調節閥，同時開啟拍攝及數據處理設備，使液體在重力作用下從充液容器中滴出，空氣從進氣管進入充液容器形成氣泡，拍攝及數據處理設備即可捕捉到并分析氣泡運動過程。