(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111272426.9 (22)申请日 2021.10.2 9 (71)申请人 常州大学 地址 213164 江苏省常州市武进区滆湖中 路21号 (72)发明人 庞明军　王俊　 (74)专利代理 机构 常州市英 诺创信专利代理事 务所(普通 合伙) 32258 代理人 王美华 (51)Int.Cl. G06F 30/25(2020.01) G06F 30/28(2020.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种气泡 黏度场和压力场的测算方法 (57)摘要 本发明涉及流体测算技术领域， 尤其涉及一 种气泡黏度场和压力场的测算方法， 包括S1、 寻 找干净气泡和污染气泡雷诺数的关系； S2、 计算 干净气泡和受污染气泡在流体中运动阻力系数； S3、 分别计算干净气泡和污染气泡雷诺数； S4、 建 立颗粒与干净气泡的雷诺数的关系； S5、 通过测 量装置测量颗粒周围的速度场； S6、 计算颗粒黏 度场； S7、 计算颗粒压力场。 本发明利用同直径颗 粒模拟污染气泡， 根据干净气泡和污染气泡雷诺 数的关系建立同直径颗粒与干净气泡的雷诺数 的关系； 测量流体经过固定颗粒周围流场来表征 干净运动气泡周围流场， 根据流体力学得到干净 运动气泡周围的黏度场和压力场。 权利要求书2页 说明书7页 附图3页 CN 113962137 A 2022.01.21 CN 113962137 A 1.一种气泡 黏度场和压力场的测算方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： S1、 寻找直径相同界面干净气泡和界面污染气泡雷诺数的关系， 建立气泡雷诺数Reb与 气泡上浮速度ub关系； S2、 计算界面干净气泡和界面受污染气泡在流体中运动阻力系数CD； S3、 计算界面干净气泡和界面受污染气泡雷诺数的关系式； 计算界面干净气泡雷诺数Reb干 净关于其物性 参数db、 μ、 ρf、 ρb、 g的表达式： 计算界面污染气泡雷诺数Reb污 染关于其物性 参数db、 μ、 ρf、 ρb、 g的表达式： 通过式(4)和式(5)得界面干净气泡雷诺数与界面污染气泡雷诺数的关系， 如式(6)所 示： 其中， x为界面干净气泡雷诺数与界面污染气泡雷诺数的比值； S4、 利用同直径颗粒模拟污染气泡， 建立同直径颗粒雷诺数与干净气泡的雷诺数的关 系， 同直径颗粒 雷诺数公式为Rep＝ρ dpU/ μ0， 从而得到 干净气泡的雷诺数， 即Reb干 净＝xRep； 式中Rep表示颗粒雷诺数； ρ 表示密度， kg/m3； dp表示颗粒直径， mm； U表示速度， m/s； μ0表 示流体的零剪切黏度， Pa ·s； S5、 通过测量装置测量雷诺数为Rep颗粒周围的速度场； S6、 根据颗粒周围的速度场计算颗粒周围的黏度场； 求解应变率张量和应 变率张量的第二 不变量Ⅱ2D； 代入本构方程 求出黏度 η； 其中， μ∞为无穷剪切黏度， μ0为流体的零剪切黏度， m为 流变指数； S7、 根据颗粒周围的黏度场和颗粒 雷诺数Rep计算颗粒周围的压力场； 求出应力 τ、 应变量γ和黏度之间的关系： 将应力 τi,j的结果代入动量方程公式； 取压力 梯度向量场的散度得到 压力泊松方程(16)： 2.根据权利要求1所述的气泡黏度场和压力场的测算方法， 其特征在于， 所述步骤S5的 雷诺数为Rep颗粒周围的速度场的测量包括如下步骤： S51、 首先通过测量装置固定颗粒， 在固定颗粒周围分别通过不透 明流体和透明液体进 行流体速度场分析； S52、 当固定颗粒周围通过不透明流体时， 采用FFT与POD进行滤波处理， 并利用泰勒冻 结假说， 将测得的一点y方向的速度v关于时间t的函数转换为关于距离的函数， 根据泰勒冻 结假说得到 颗粒附近的流体速度场速度u(x,y)；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 113962137 A 2S53、 当固定颗粒周围通过透明流体时， 采用PIV方法进行测量， 直接得出刚性球体颗粒 附近示踪粒子在x方向与y方向上速度关于距离的变化 量， 得出颗粒附近的流体速度场。 3.根据权利要求1所述的气泡黏度场和压力场的测算方法， 其特征在于， 所述S5的测量 装置包括： 储水箱(1)、 水泵(2)、 涡轮流量计(3)、 入口整流器(4)和测量槽道本体， 所述储 水 箱(1)底部通过水管与所述水泵(2)入水口连通， 所述水泵(2)出水口通过水管与所述涡轮 流量计(3)入口连通， 所述涡轮流量计(3)出口通过水管与所述入口整流器(4)连通， 所述入 口整流器(4)与所述测量槽道本体的入口通过法兰(6)连通， 所述测量槽道本体出口通过水 管与所述储 水箱(1)连通； 所述测量槽道本体入口与入口整流器(4)出口连通处设置有多孔 管板(5)， 通过 所述多孔管板(5)使流体通过 所述测量槽道本体时形成均匀的平行流。 4.根据权利要求3所述的气泡 黏度场和压力场的测算方法， 其特 征在于： 所述测量槽道本体包括通过所述法兰(6)相互连通的入口稳定段槽道(7)、 测量段槽道 (8)、 出口段槽道(9)和出口箱(10)， 所述入口整流器(4)与所述入口稳定段槽道(7)通过法 兰(6)连通， 所述出口箱(10)与所述储 水箱(1)通过水管连通； 所述测量段槽道(8)中间设置 有固定钢针(11)， 所述固定钢针(11)两端通过螺纹固定在所述测量段槽道(8)两平行面壁 上； 所述固定钢针(1 1)采用方 形结构； 所述测量段槽道(8)槽道采用方 型槽道。 5.根据权利要求3所述的气泡黏度场和压力场的测算方法， 其特征在于： 所述测量段槽 道(8)的槽道宽度大于 64倍的颗粒直径。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 113962137 A 3