含氣量對液體粘度的影響

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1、第4卷第5期2004年5月科學(xué)技術(shù)與工程Vol.4No.5May,2004167121815(2004)0520394203ScienceTechnologyandEngineeringn2004Sci.Tech.Engng.含氣量對液體粘度的影響1剛立許唯臨鄧軍張紅良(四川大學(xué)高速水力學(xué)國家重點實驗室,分析測試中心1,成都610065)摘要通過對選定液體的含氣量和對應(yīng)粘度的測量,實驗研究了含氣量對液體粘度的影響。其中對粘度的測量用了旋轉(zhuǎn)法,而對含氣量的測量用了圖像處理技術(shù),得到了含氣量與粘度的對應(yīng)關(guān)系,并歸納了關(guān)系式;表明在溫度等環(huán)境因素不變的情況下粘度隨含氣量的增加而增加,并且

2、呈現(xiàn)非線性的關(guān)系。這一成果將有助于摻氣對流體特性影響的規(guī)律和機理做進一步研究。關(guān)鍵詞含氣量粘度圖像處理技術(shù)+中圖法分類號TV131.34;文獻標識碼A摻氣現(xiàn)象在水利工程中普遍存在,特別是在我國動的模擬有賴于粘度值的確定。它影響能量和動量的近年越來越多的高壩大庫的水利工程中。當(dāng)明流流速傳遞、擴散,邊界層的發(fā)展,流速分布等。達到一定程度會有大量空氣自水面摻入水流中,以氣1實驗泡形式隨水流帶走,形成自摻氣;而當(dāng)高速水流受到某種干擾,將從水面卷入大量空氣形成強迫摻氣。首先需選用實驗用液。作者曾嘗試以水為測試在水利科學(xué)這一領(lǐng)域中,人們對這一現(xiàn)象的利弊液,但由于粘度太低難以測量,同時氣泡無法維

3、持其做了深入的研究,也有了深入的認識。例如:對摻氣水中,轉(zhuǎn)而選用其他類型液體。試液需滿足以下幾點要流的水深做了理論推導(dǎo),得出了計算公式[1];對如何利求:能使氣泡在一定時間(取樣時間)內(nèi)穩(wěn)定地保存其用這一現(xiàn)象興利除害,在實驗室中進行了很多開創(chuàng)性中;其粘度較易測量;有一定的穩(wěn)定性。由以上要求選的研究,誕生了摻氣減蝕技術(shù)與工藝,在工程中得到了定實驗測試液為“甲基纖維素”溶液。廣泛實踐,得出當(dāng)摻氣達到一定濃度可減免空蝕[2];對對粘度的測量使用NDJ—1旋轉(zhuǎn)型粘度儀。選用摻氣射流[3]、摻氣減阻[4]、摻氣水流的流速分布[5]等進1號轉(zhuǎn)子,轉(zhuǎn)速為6r/min,測試范圍為(0—100)mP

4、a·s。行了深入研究,等等。有人試圖從微觀的角度來解釋氣對水的特性的影響,他們用實驗證明純水有相當(dāng)?shù)腫6]抗拉能力(可達到兩個標準大氣壓以上),而由于真實水體中經(jīng)常存在氣體核子及固體微粒等異相介質(zhì),因而大大地降低了水的抗拉強度。然而直到目前為止,無論是對摻氣機理還是對摻氣特性的解釋都沒達成共識,為徹底認識這一復(fù)雜現(xiàn)象,還需在理論和實驗圖1玻片樣本多方面作出努力?！ふ扯缺硎厩袘?yīng)力τ與剪切率γ間的關(guān)系,τ=對含氣量的測量用圖像處理技術(shù)。在類似問題μ(dv/dy),是流體的一個很重要的力學(xué)特性。粘度在的研究中也有人用圖像處理的方法試圖獲得含氣流體計算及工程實踐中很重要,特別是對真實流體流

5、[7]量,但其直接對含氣液體拍照,無法消除在照像的投影方向上氣泡相疊加所帶來的誤差,而這種誤差將直2004年1月13日收到國家自然科學(xué)基金(50279022)資助接影響含氣量的測量精度。本文實驗中采用制做玻片第一作者簡介:剛立(1980—),男(漢族),甘肅會寧人,研究生。5期剛立,等:含氣量對液體粘度的影響395圖2求含氣量的圖像處理過程的方法并成功地消除了這種影響。首先制做采樣玻片素的數(shù)量,得出表示氣泡的白色部分象素數(shù)與總象素(如圖1所示),將樣品置于兩玻片之間形成一層由氣之比即為含氣濃度;將總象素數(shù)與窗口標尺比較得出泡和液體相互分割的膜。a,b為玻璃板,玻璃板間距為象素的空間

6、尺寸;白色的象素聯(lián)成一塊反映了氣泡的0.47mm,陰影部分為液體示意。由于玻片間距小于氣尺寸,其周圍的黑色部分則代表液體,統(tǒng)計白色象素塊泡直徑,使得氣泡密封并被玻片束縛成餅狀,因而氣泡的個數(shù),即得到氣泡個數(shù),由此結(jié)合空間尺寸得出氣泡與液體的體積比就等于玻片中間氣泡和水各自所占的的平均尺寸。面積比。在玻片中設(shè)置了6cm×6cm平面正交的標尺2結(jié)果與分析以便在圖像處理中能獲得氣泡的尺寸。使用canon數(shù)經(jīng)以上處理得到了含氣量與粘度的對應(yīng)值(見表碼相機,用分辨率2272×1704極精細格式拍攝。此外1),將此對應(yīng)關(guān)系點繪于圖3,橫坐標表示含氣量,縱坐為獲得最佳的圖像效果,對實驗液進行了染

7、色,同時使標表示粘度。圖中可明顯地看出粘度隨含氣量的增大用2盞25W冷光型節(jié)能燈作為玻片的背投光源。而增大,同時呈現(xiàn)出非線性的關(guān)系。隨著含氣量的增對于粘度可由粘度儀直接讀出,而對于含氣量的加,粘度的增加更加顯著,對此變化規(guī)律進行歸納得到獲取則需要進一步處理,在此使用圖像方法來求摻氣關(guān)系式為[8]量。使用Ostu法對原圖像(圖2a)二值化形成黑白圖2μ=μ(1+0.157C+4.445C?)(1)C(圖2b);而此黑白圖中未能將大氣泡的中心部分與背式中:C為氣體體積含量