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《摻氣水流氣泡尺寸分布特征的實驗研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在學術論文-天天文庫。
1、http://www.paper.edu.cn1摻氣水流氣泡尺寸分布特征的實驗研究剛立，許唯臨，鄧軍水力學與山區(qū)河流開發(fā)保護國家重點實驗室（四川大學）（610065）E-mail:xu_wl@sina.com摘要：通過對自摻氣水流氣泡分布規(guī)律的測量，表明：靠近槽底的測點氣泡個數(shù)分布最大值出現(xiàn)在氣泡尺寸小于1mm的范圍內，朝水面方向各測點氣泡個數(shù)分布最大值呈減小趨勢，而其對應尺寸則呈現(xiàn)變大趨勢；在靠近槽底，個數(shù)分布表現(xiàn)得比較集中，而在水面附近氣泡個數(shù)分布曲線表現(xiàn)得低而平緩；實驗條件下，整個斷面上的氣泡個數(shù)分布的最大值大體上出現(xiàn)在尺寸為0.5mm的地方；氣泡平均尺寸在槽底處
2、接近于0而朝水面方向迅速增大，且越接近摻氣水流的水面，增加速度越快，最終趨于無窮大；氣泡總數(shù)在摻氣發(fā)展區(qū)內是沿程增加的，當摻氣水流發(fā)展到一定程度后氣泡總數(shù)就基本保持不變了；在同一斷面上，各測點單位時間內的氣泡總數(shù)隨高度呈現(xiàn)出先增加后減小的趨勢。關鍵詞：摻氣，氣泡，尺寸1.引言[1][2]摻氣減蝕是解決空蝕破壞的有效途徑。Peterka等的實驗表明，當水中摻氣濃度達到1-2%時，能大大減輕固壁面的空蝕破壞；當摻氣濃度達5-7%時，空蝕破壞完全消失。自60年代以來，不少國家已開始將摻氣減蝕應用于工程實踐中，我國自1976年首次將摻氣減蝕技術應用于馮家山水庫泄洪洞以來，至今摻
3、氣減蝕設施已有二十多個。研究人員對摻氣減蝕的[3]-[8]設施進行了研究。從趨勢上看，對水氣兩相流的研究正在經(jīng)歷從宏觀和概括的總量的描述走向微觀的細致描述，在對摻氣的認識上由摻氣斷面平均量到一斷面上沿水深方向摻氣濃度的分布，而今后這一領域將繼續(xù)發(fā)展到對摻氣濃度氣泡尺寸概率分布的研究。陳先樸等的[9][10][11][12]研究表明，與摻氣保護作用關系最密切的是單位體積流體內的氣泡數(shù)量,而不只是[10][13]摻氣濃度。0.2mm或0.5mm以下的微小氣泡在摻氣減蝕中常起著主要作用，可能只要很小摻氣濃度即可達到摻氣減蝕的效果。因此,需要研究高速摻氣水流中的氣泡數(shù)量、氣泡級
4、配和氣泡分布。2.氣泡尺寸分布的實驗測量用針式摻氣濃度流速儀對氣泡尺寸的分布進行了測量。測量分W1-W9共9種工況，每種工況下由1#--4#共四個斷面構成。測量對氣泡尺寸的分辨率達到了0.1mm。2.1概率分布測量過程記錄了施測時段內經(jīng)過測點的氣泡的尺寸與分布情況。對一個確定的氣泡有一1本課題得到國家自然科學基金（50279022）和高等學校博士學科點專項科研基金資助（20020610017）。1http://www.paper.edu.cn個確定的直徑與之對應，這樣所有這些單個的氣泡集合在一起就構成了該測點的整體的摻氣特性。然而，要保證測量有可靠的分辨率，達到0.1m
5、m的分辨率，設水流的流速為10m/s，則需要施測的頻率為f=ν/?d=100k；同時要保證測量過程能各態(tài)遍歷，就需要有一定的測量時間，在此作者選用10s。如此，可以計算出對一個點做一次測量所記錄的數(shù)據(jù)有?t×f=10×100k=1M，這些數(shù)據(jù)記錄的便是摻氣水流中的水與氣的信息，從處理后的數(shù)據(jù)來看氣泡個數(shù)在數(shù)量級上大概比原始時間序列信號數(shù)據(jù)少兩個量級，而這依然是很龐大的。需對氣泡信息歸納、抽象成統(tǒng)計信息，來反映氣泡分布的總體的特征。本文中首先按一定的直徑間距將氣泡劃分到不同的區(qū)域中，并將直徑的間距設為一固定值?d=0.1mm。2.2幾個概率統(tǒng)計量僅對測量值進行離散化，表示
6、在整個分布范圍內的分布情況是不夠的，還需在此基礎上做進一步的綜合與概括。對于離散的數(shù)組有很多的相關量來表示它們的分布特性，如最大值、平均值、方差、偏度、離散系數(shù)等。2.3對各工況下各斷面氣泡尺寸概率分布圖的分析圖1和圖2分別列出了氣泡個數(shù)的分布和氣泡體積的分布。圖中用向左箭頭標出的地方代表相應點的最大值；而黑色粗線則將這些最大值按測點處水深的大小依次連起來。由圖中可以看到，氣泡尺寸的概率分布表現(xiàn)出很強的隨機性，對離散化的值連線后呈現(xiàn)出鋸齒形不規(guī)則的圖形；這些不規(guī)則的圖形表現(xiàn)出了一定的趨勢與走向。在靠近槽底的測點其個數(shù)最大值出現(xiàn)在小于1mm的范圍內，并且概率分布表現(xiàn)得比較
7、集中，而隨到底距離的增加個數(shù)最大值向尺寸增大的方向發(fā)展，概率分布曲線表現(xiàn)得低而平緩。朝著水面的方向個數(shù)最大值呈減小趨勢，同時其對應尺寸則變大。整個斷面上的個數(shù)最大值大體上出現(xiàn)在尺寸大概為0.5mm的地方。對于體積所占百分比其最大值在從槽底到水面方向的測點序列中表現(xiàn)出減小趨勢，并且在靠近底部附近減小很劇烈，而后開始變平緩。這表明在底部氣泡尺寸的分布很集中，而往水面則分布變分散。3.氣泡最值分布3.1各測點出現(xiàn)概率最大的氣泡尺寸區(qū)間將氣泡尺寸按0.1mm的間隔劃分為許多小的區(qū)間，對各個斷面沿水深方向上每個測點中單個區(qū)間氣泡數(shù)的最大值及其區(qū)間的
