气泡在水中的之字形与螺旋上升轨迹机理研究

为了深入研究气泡在水中自由上升轨迹为之字形或螺旋形的运动机理,通过实验观察气泡上升运动过程及形状变化,从宏观受力的角度,将气泡路径和尾涡耦合起来,从两个正交角度进行拍摄,获得了气泡三维运动轨迹,分析了其运动波动特征,从浮力和尾涡牵引力的动态平衡解释了气泡之字形运动的机理。结果表明,之字形运动是由于气泡尾部涡的脱落及边缘负压大小的变化导致的,具体形成之字形还是螺旋形轨迹取决于低压点转移路径——沿经线还是纬线。对于扁平气泡,低压点沿经线转移,形成之字形轨迹;对于球度较圆气泡,低压点沿纬线转移,从而形成螺旋形运动轨迹。螺旋轨迹较之字形轨迹上升速度更快,振动频率更低。