垂直振动水柱中气泡下沉机理

对装有水的容器施加垂直振动,水中的气泡可能出现下沉的现象.针对球形气泡构建了基于理想气体方程的气泡运动学模型,该模型考虑了Basset力对气泡运动的影响.观察到气泡的运动呈振荡形式,存在一个临界深度,气泡在临界深度时稳定振荡,在临界深度以上时上升,在临界深度以下时下沉.采用分离气泡运动和引入收敛因子的方法对Basset力进行理论求解,并通过等步长复合梯形公式对Basset力进行数值求解.模型的数值模拟结果表明:附加质量力是气泡下沉的关键因素,而Basset力对气泡下沉的临界深度和气泡下沉的前期轨迹无明显影响,但对气泡下沉的后期轨迹有较大影响.采用去噪、二值化、填充图像等数字图像处理的办法提取气泡的特征尺寸,可提高实验参数测量的准确性,使气泡下沉的临界深度与理论值相匹配.

旋转式气泡下沉演示仪的设计

盛有液体的容器内气泡在满足一定条件时,会发生向下的运动,即气泡下沉。为弄清气泡下沉的物理原理,依次对竖直试管、水平试管和倾斜试管中气泡的运动情况进行了理论分析和实验研究。并以此为基础,设计了旋转式气泡下沉演示仪,以电动转台为载体、倾角可调,能够演示当试管倾斜角度不同、转速不同时气泡在水中下沉的物理现象。