气泡羽流空隙率的计算及其不稳定规律的研究

摘要：在气液两相流中，气相和液相各自有不同的流场，而液相的速度场取决于气泡的运动特性。空隙率是气液两相流中描述气泡分散相间相互作用的一个重要的参数，通过对气泡羽流的空隙率分布分析，了解气泡羽流的运动机理与实验条件之间的关系。本文采用图像处理的方法测量在高密度气泡下的瞬时空隙率的分布。对拍摄的图片进行预处理，得到其灰度图像和灰度值，获得其局部灰度值与投影空隙率间的互相关曲线及相互关系式，进一步计算出气泡羽流的不同位置处的空隙率值分布，在此基础上分析不同工况下空隙率值的分布情况及其对气泡羽流结构的影响。结果表明：该方法适合用于气液两相流空隙率的测量，在纵横比为1.0时，气泡羽流的结构受压强影响小，羽流结构稳定；纵横比为1.5和2.0时，随着压强的增大，羽流结构呈现不稳定。     

基于图像二值化处理的气泡羽流不稳定结构分析

气泡羽流是在曝气过程中产生的一种复杂的两相流动。对气泡羽流中气泡速度信息的提取是粒子图像测速算法(PIV)的核心部分。速度信息的提取即数字图像的预处理过程。本研究主要是在读取灰度值后,通过大津法得到相应的最佳阈值分割点,再采用该灰度阈值对图像进行二值化,以此来减少噪声对流场的影响,降低图像后处理的难度,这是气泡羽流的运动规律研究的一个重要过程。图像的二值化处理能有效地提高PIV技术计算流场的精度,为研究气泡羽流在曝气过程中产生的不稳定结构奠定了基础。     

不同曝气量和纵横比下针孔喷射气泡羽流摆动特性的数值模拟研究

该文采用三维欧拉-欧拉法结合标准k-ε紊流模型模拟了矩形鼓泡塔内针孔喷射的气泡群的瞬时流动特性,并开展了纵横比和曝气量对气泡羽流摆动特性的影响分析。数值模拟结果很好地复现了低空隙率气泡羽流的周期性运动特性。当纵横比H/W=1.0时,气泡羽流的流动形态和结构稳定;当纵横比H/W=2.25和H/W=3.0时,气泡羽流的流动形态不稳定,呈现周期性摆动规律。在模拟计算中曝气量Q_0的范围为13.3 mL/s–170.4 mL/s。随着Q_0的增加,气泡羽流摆动周期减小并且趋于稳定,液体的含气率在增加并呈线性趋势;两种纵横比对气泡羽流的摆动周期和气体总空隙率的影响较小。     

叶片式泵内气液两相泡状流的三维数值计算

为研究旋转叶片式泵中的气液两相流动规律及泵性能，本文根据气泡泡状流模型提出了一个两相流三维数值分析方法。该数值计算由两部分的计算迭代完成，第一部分是已知含气率分布的连续相(液相)流场的计算。液相流动方程的三维数值求解采用了流面坐标迭代法。第二部分是已知液相流场后的分散相(气泡)轨迹的计算。气泡运动方程中考虑了流场压力梯度差产生的力、气泡周围液体产生的阻力及由于液相质量产生的惯性力等影响气泡运动的因素。通过对气泡运动方程进行数值求解，可得到泵内的含气率分布。再将两部分的计算进行反复迭代，最终得到收敛解。本文将该三维两相流数值计算方法用于多级螺旋轴流式增压泵叶轮的计算、设计。计算结果表明：从叶轮回转面上看，气泡运动转轨并不明显地偏离液相流线。然而从叶轮子午面上看，几乎所有的气泡，不论其初始位置如何，它们最终都移向轮毂表面。该三维两相流数值计算以其简单实用的特点，有望成为工程中气液两相增压泵的一种有效设计工具。     

虹吸管气液两相流压降特性试验

通过系列试验量测了不同安装高度、不同水位差时虹吸管水平管段的压降、含气率及过流量,探讨和分析了虹吸管气液两相流压降的变化规律及气液两相流流型不同时影响管道压降的因素。结果表明,气液两相流管道压降与液相满流时压降规律相同,即压降值随管道水头的增大而增大;但是,与液相有压管流不同,水位差一定时压降值随安装高度的增大而减小。当虹吸管内为气泡流时,气泡存在对沿程阻力系数λ影响很小,可忽略不计。管道实测压降小于计算值的原因是气液两相压降减小率等于流速减小率。当虹吸管内为过渡流和气团流时,气液两相压降减小率与流速减小率相差较大,实测压降的减小不仅与流速减小有关,含气率的大小对气液两相压降的影响也不可忽略,含气率的增大使气液两相流动阻力增大,即压降增大。     

曝气池中气液两相流粒子图像测速技术

在粒子图像测速原理的基础上研究了基于快速傅立叶变换的粒子图像测速算法,并编制算法程序进行验证。通过试验研究了气液两相流在曝气池试验装置中的流动情况,应用粒子图像测速技术对装置中3种状态下气液两相流的运动参量进行测量,获得了各种流体运动参数,并应用粒子图像测速程序进行计算分析。试验结果表明当气液两相流处于状态3时,气泡在装置中具有最长的停留时间和较大的速度紊动强度,氧转移速率和效率大大提高,这为曝气池选型提供了依据。     

基于PIV测量技术的变曝气量下气液两相流速度场研究

粒子图像测速技术(PIV)作为一种无扰的全流场速度测量手段,在多相流研究领域具有较高的学术意义和实用价值。本研究针对曝气过程中的复杂气液两相流动,使用高速摄影机获取气液两相流流场的高帧图像,再通过图像预处理手段及PIV测速算法得到气液两相流速度场信息,并对不同工况下气液两相流的流态流速规律进行了研究分析。本文提出的图像预处理方案,通过采用图像的运动目标分割、降噪与反相等手段进行图像预处理,可以有效地减少后续速度场计算中的信息量及误差。研究结果为工业生产过程中有效提高曝气效率提供了重要的参考依据。     

气水两相流模型试验条件与掺气浓度相似律

从气体运动状态方程出发,研究了竖井有压流动模型中气水两相流的运动规律,分析了气泡几何相似、运动相似以及动力相似的条件,指出掺气浓度相似律是研究气水两相流相似问题的又一必要条件,即原、模型的掺气浓度必须相等,前提为大气压强或密度相似。对照公伯峡水电站竖井水平旋流洞原型与常压模型水流中掺气浓度测值的差异,给出了该竖井流态、压强、流量等不相似现象的合理性解释。依据掺气浓度相似律准则进行气水两相流模拟研究,对于发展传统水力学研究理论、创新研究方法、完善工程应用技术等,可以起到有效的推动作用。     

气液两相流中微气泡测量问题的预处理技术

气泡运动是气液两相流动中的基本问题，水利、海洋、环境等工程均涉及微气泡测量问题，且广泛应用于水的净化和污水处理。为确保微气泡测量工作取得良好效果，对单CCD摄影机获得的微气泡视频图像进行背景处理十分关键。对于图像背景处理，首先基于数学形态学的基本理论，选用两种不同算法：① 基于选取不同结构元素的Matlab算法；② 采用滚球法。二者通过实例进行算法比较，滚球法效果较为显著，但仍需改进，于是提出基于聚类分析的图像分割算法，并对该算法提出优化设计，采用黄金分割法进行最优搜索，加快运行速度，节省时间，并更好地实现背景估计，为微气泡测量后期工作奠定了良好基础。     

曝气池中气液两相流速度场分布的实验研究与数值模拟

气液两相流广泛存在于水利工程、废水处理等领域,其在气液装置中的流型流态及速度场分布可直接影响装置运行效能。本文采用实验研究与数值模拟相结合的方法,对圆柱形气液装置进行PIV实验,获得了准确的气液两相流气相速度场分布;在充分考虑湍流、曳力、升力、湍流分散力等作用下,采用欧拉-欧拉双流体模型和气泡群平衡模型对气液两相流流场进行了数值模拟,并将模拟结果与实验结果进行验证,所得结果误差控制在10%左右。结果表明,本文提出的模拟方法在气液两相流模拟中能够得到较准确的两相流动规律和速度场分布情况。     

外加剂减水率测量不确定度评定

随着科学技术的进步,外加剂已成为除水泥、粗细骨料、掺和料及水以外的第5种必备材料。减水率作为检测外加剂的一项重要指标,对判定外加剂品质的优劣起到重要的作用。根据检测数据的统计分析、计量器具的误差及仪器设备自身等实际情况进行类别判定,通过各因素的不确定度评定、合成、扩展,最终得出外加剂减水率不确定度,对外加剂减水率检测结果的可信度具有指导意义,为客观、公正评价外加剂的品质提供了有力保障。     

Analysis of causes of erosion-corrosion wear of the metal of internal surfaces of watered regions of tubes of heat-exchange devices

Causes of the appearance of erosion-corrosion wear (ECW) on inlet regions of tubes of heat-exchange devices are considered. Experimental data are used for determining the mechanism of the ECW process and suggesting measures for its prevention. __________ Translated from élektricheskie Stantsii, No. 11, November 2005, pp. 56–62.     

水文模型参数敏感性的区间分析

介绍SIMHYD降水径流模型的结构及计算原理,利用该模型模拟了丹江口以上汉江上游流域的月流量过程,并采用区间分析方法分析SIMHYD模型参数的敏感性。结果表明:SIMHYD模型可以较好地模拟该流域的月流量过程;根据参数敏感性大小可将SIMHYD模型参数归为3类:第1类为敏感参数,如SMSC和SUB;第2类为较敏感参数,如CRAK和K;第3类为非敏感参数,如INSC,COEFF和SQ。     

几种计算河流纵向弥散系数方法的比较

以水团示踪试验为例,介绍和比较了直线图解法、相关系数极值法和最优化计算法等不同的河流纵向弥散系数计算方法,指出:直线图解法在一定程度上克服了单站法和双站法的不足,但在分析河流水团示踪试验数据时,需用差分计算代替c-t曲线导数的计算,在这个过程中会产生一定的误差;相关系数极值法计算过程比较复杂,但与其他方法相比,可以避免图算过程,能够消除人为因素对计算结果精度的影响,而且还能够计算河流横断面面积;最优化计算方法多用于分析各种单站的实际观测资料.     

Evaluation of the margin of strength of concrete of the Sayano-Shushenskoe dam

Translated from Gidrotekhnicheskoe Stroitel'stvo, No. 4, pp. 48–53, April, 1989.     

德泽水库混凝土面板堆石坝趾板混凝土裂缝处理

德泽水库大坝为混凝土面板堆石坝,大坝的趾板建在弱风化岩基上,趾板采用C30W12F200混凝土,趾板在浇筑完成后经检查共发现有62条裂缝,总长度达169.64 m。为了对裂缝进行有效地处理,详细分析了产生裂缝的原因,并针对不同类型的裂缝采取不同的处理措施,如Ⅰ类裂缝用化学粘补材料进行修补,Ⅱ类裂缝采取先环氧砂浆钻孔灌浆、再粘补表面的方法修补。所有裂缝经处理后,均达到防渗设计要求。     

桂林城市化水文效应分析

城市空间在流域内的范围很小，但城市化对降雨径流的形成影响很大，城市化对水环境改变也十分显著，造成水资源污染和供需矛盾日益突出。城市水文水资源研究对城市规划与建设有着十分重要的意义。     

珠江磨刀门整治效果分析

实施磨刀门治理开发工程后,原浅海区变成"一主一支"(磨刀门主干排洪通道和洪湾航运通道)的河道格局,通过采用实测水文、地形、遥感、调查资料分析和数学模型计算,分析整治工程对排洪、防潮、航运、灌溉、排水、供水、滩涂资源综合利用等方面的效果,并与规划预测作对比,评价磨刀门治理开发工程的实施效果.     

"十一五"期间鹤岗市水资源合理配置问题探讨

分析了鹤岗市水资源开发利用现状;预测了城市需水量;提出了"十一五"期间水资源合理配置的对策与措施。