图5 平均气泡尺寸随转速的变化曲线(a)未拟合(b)拟合(R指转速)
为了定量研究旋转速率对气泡尺寸的影响，科研团队分析了气泡平均直径(AMD和SMD)随旋转速率增加的变化。如图5所示，随着转速的增加，AMD和SMD均显著下降。当转速低于1500rpm时，气泡尺寸随着转速的增加而稳定减小。叶轮的高速旋转为流体旋转提供了能量，旋流的形成加剧了小气泡的聚结。在这一阶段，破裂和聚结相互竞争以保持气泡尺寸的动态稳定性。因此，当转速低于1500rpm时，叶轮的转速对平均气泡尺寸起着重要作用。图5(b)表明AMD具有0.27的旋转速率的幂律，而SMD具有0.37的旋转速率的幂律。当体积空隙率和液体质量流量变化时，CSBG对气泡尺寸的影响显著不同。
团队通过案例详细探讨了体积空隙率对气泡尺寸的影响。CSBG工作区间分为两个区域：初始区域和稳定区域。在0–500rpm范围内，所有体积空隙率条件的结果表明，AMD和SMD与转速的增加几乎没有定量关系，只有波动。
图6 不同气体表观速度和不同转速下的可视化原始气泡图像示例
结合高速采集的原始气泡图像结果图，如图6这种现象可以解释为:在初始区域，由于低转速不能形成稳定的高速剪切场。由叶轮旋转提供的能量不足以使气泡稳定地破裂，这导致平均气泡尺寸的不稳定趋势。因此，0-500rpm的区域被认为是CSBG的初始阶段。当叶轮的转速超过500rpm时，平均气泡尺寸随着转速的增加而稳步减小。在该区域，叶轮的高速旋转形成了稳定的剪切场，这为进入剪切场的源气泡的破裂提供了足够的能量。气泡的破裂由叶轮的旋转控制，导致气泡的平均尺寸稳定减小。因此，转速超过500rpm的区域被认为是稳定区域。
3、实验结果
本次实验设计并制作了一台CSBG原型机，研究其在不同工况下的性能。团队通过可视化实验方法和两相流测量系统验证了CSBG产生连续大小气泡的可行性，并得到了CSBG的实验工作曲线，拟合了平均气泡尺寸与转速和气相流量两个影响因素之间的关系。
实验结果表明，CSBG具备在毫米级范围内产生连续尺寸气泡的能力；稳定工作区为500~1500rpm范围，稳定工作区内SMD与转速的-0.37次方成正比；CSBG的BMD随气相表观流速的增加而增加，稳定工作区内SMD与气相表观流速的0.263次方成正比；但与液相表观速度的关系不显著。
参考文献
[1]Chen, W., G. Huang, Y. Hu, J. Yin and D. Wang (2022). "Experimental study on Continuous Spectrum Bubble Generator with a new overlapping bubbles image processing technique." Chemical Engineering Science: 117613 DOI:https://doi.org/10.1016/j.ces.2022.117613.（连续谱气泡发生器）
[2]Song, Y., Y. Qian, T. Zhang, J. Yin and D. Wang (2022). "Simultaneous measurements of bubble deformation and breakup with surrounding liquid-phase flow." Experiments in Fluids 63(5): 1-20. DOI:
