靜水中氣泡上升規律的研究和實驗

李奧典 韋 衡

（河海大學水利水電學院 江蘇南京 210098）

0 引言

在現行的河流流速測量規范中,通常采用流速儀和浮標測量河流流速[1]，前者費時費工，極不方便。后者受外界的影響較大，精度較低，同樣不是十分的理想。為此，有學者提出了采用浮子式積深法測量河流流量的設想[2]，在河底布置氣泡發生裝置，利用氣泡發生裝置產生氣泡作為浮子，通過測得浮子從河底升至水面的時間和順流而下的水平距離，計算出河流垂線上的平均流速，從而達到測量流量的目的。楊玉閣根據實測資料擬合出氣泡冒出時間和水深之間的關系曲線[3]，論證了氣泡作為浮子在小水深、低流速河流中測量流量的可行性，但缺乏理論依據。在氣泡上升速度的研究中，程文給出了圓形氣泡上升過程中的運動學方程[4]，并計算最終速度；繳健研究了氣泡上升過程中加速階段的情況[2],指出了氣泡上升過程中加速階段可以忽略；徐炯討論了氣泡的動力理論特性[5]，得到穩定狀態下不同尺寸單個氣泡的速度變化規律、運動軌跡規律等各種運動特性,指出了當氣泡大于4 mm時，氣泡在運動過程中開始變形，變成扁橢球形氣泡。對于氣泡在液體中上升運動規律問題，在石油化工、船舶制造等領域應用比較廣泛，并由此建立了氣泡動力學[6]。筆者在前人研究基礎上分析了水溫對不同形態氣泡運動速度的影響，并自行設計了一個實驗裝置，驗證了理論上的球體形態氣泡在不同溫度中運動的可靠性，同時給出了流速測量所用的氣泡發生器的氣流量大小和針頭大小?！?br>