球形颗粒在静止液体中自由上升规律研究 research and analysis of wooden ball rising in liquid.pdfVIP

第8卷第3期 热 科 学 与 技 术 V01．8No．3 2009年9月 ofThermalScienceand Sep．2009 Journal Technology 文章编号：1671—8097(2009)03—0205—07 球形颗粒在静止液体中 自由上升规律研究 李维仲， 姜远新， 刘 通 (大连理工大学海洋能源利用与节能教育部重点实验室，辽宁大连 116024) 摘要：使用高速摄影仪和计算机图形处理技术对小木球在静止液体中的自由上升运动规律进行研究，获得 小木球在静止液体中上升速度的测量值。实验观察到小木球在上升开始后的很短时间内，竖直方向和水平方 向速度都会分别达到一个稳定的最大值，此后小木球会保持这个最大值。通过图像处理和运动分解分析，发现 小木球在竖直方向做匀速上升运动，在水平方向做匀速圆周运动。与此同时，还对小木球的运动方程进行求 解，并与实验所得结果进行了比较，计算结果和实验结果吻合较好。 关键词：高速摄影仪；图像处理技术；自由上升；匀速圆周运动 中图分类号：0359 文献标识码：A 一定的局限性。这导致模拟结果与实际有一定的 O 引 言 偏差。随着光学技术和数字技术的迅猛发展，间接 固液两相流问题在自然界和工业上都普遍存 测量给两相流动颗粒相运动分析带来生机。两相 在。例如夹带泥沙的江、河及海水，动力、化工、采 流实验研究方法主要有几种：第一种是光纤测定 矿、建筑等工业中广泛使用的水利和气力输送，矿 法[7]，这种方法采用光纤输出信号进行互相关运 浆、纸浆、胶浆等的流动，火电厂锅炉水力除渣管 算，然后由公式确定颗粒时均速度“；第二种是 道中的水渣混合物流动，污水处理与排放中的污 PIV测量方法[8]，这种方法主要用于盐析固液两 水管管流等。因此，对固液两相流的流动、受力等 image 相流场，利用粒子图像速度场仪(particle 问题的研究分析具有重要意义[1]。 颗粒的运动受力分析是固液两相流动的主要 的液固两相流场；第三种是数字颗粒图像相关 问题‘21。针对两相流的研究方法主要有数值模拟 correlation，DPIC)， 法[9‘(digitalparticleimage 和实验研究两种嘲。由于两相流运动及受力情况 是对颗粒在图像中的位移进行分析的新方法，在 比较复杂，因此不仅要求实验设备精密度和准确 图像处理中，利用相关函数来判定两张给定图像 度均较高，而且通常不易利用实验方法直接测量 之间的相似性。 运动中颗粒所受到的力。随着Fluent等软件的不 对固液两相流运动的实验研究方法主要是采 断开发，采用数值模拟对两相流问题的研究越来 用固相颗粒固定，对运动流体的研究分析，这种方 越多，比如大颗粒流化床颗粒受力问题[4]、固液两 法缺少颗粒自身受力对两相运动影响的分析。本 相流中颗粒受力及其对垂直分选的影响[5]、煤粉 文是采用照相法对小木球模拟大颗粒在静止流体 中上升的两相流运动进行研究分析，运用高速摄 颗粒所受Magnus力‘61等问题，都可采用数值模 拟的方法进行计算分析。数值模拟方法的正确与 影仪对小木球在静止液体中的上升进行可视化实 否依赖于所采用的数学模型准确程度。往往数学 验研究。通过计算机图像处理技术和