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不同盐度下海水表面张力系数的表征研究

张志友 金良安 苑志江 何升阳

张志友, 金良安, 苑志江, 等. 不同盐度下海水表面张力系数的表征研究[J]. 实验流体力学, 2017, 31(4): 45-50. doi: 10.11729/syltlx20160164
引用本文: 张志友, 金良安, 苑志江, 等. 不同盐度下海水表面张力系数的表征研究[J]. 实验流体力学, 2017, 31(4): 45-50. doi: 10.11729/syltlx20160164
Zhang Zhiyou, Jin Liang'an, Yuan Zhijiang, et al. The seawater surface tension coefficient representation with different salinities[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2017, 31(4): 45-50. doi: 10.11729/syltlx20160164
Citation: Zhang Zhiyou, Jin Liang'an, Yuan Zhijiang, et al. The seawater surface tension coefficient representation with different salinities[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2017, 31(4): 45-50. doi: 10.11729/syltlx20160164

不同盐度下海水表面张力系数的表征研究

doi: 10.11729/syltlx20160164
基金项目: 

海军国防预研课题"水面舰艇隐身技术" 401040301

详细信息
    作者简介:

    张志友(1989-), 男, 辽宁大连人, 博士研究生。研究方向:军事航海安全保障与防护技术。通信地址:辽宁省大连市中山区解放路667号海军大连舰艇学院(116001)。E-mail:zhiyou626@163.com

    通讯作者:

    张志友, E-mail:zhiyou626@163.com

  • 中图分类号: U661.1

The seawater surface tension coefficient representation with different salinities

  • 摘要: 为研究不同盐度下海水表面张力系数的表征,并精简其表面张力系数的测定手段,根据气泡在海水中的受力情况,建立了海水中的气泡脱离体积及瞬时稳态上浮速度模型。通过搭建气体水下排放试验台,使用常压空气和6种不同盐度的海水分别作为实验的气相和液相,将气泡划分为低雷诺数缓慢上浮及高雷诺数快速上浮2种运动状态,并分别进行实验。用高速摄影技术对气泡运动进行实验观测,通过MATLAB编程对拍摄的图像进行分析处理,测定气泡脱离体积及瞬时稳态上浮速度。将实验数据代入到所建立的模型中,获得不同盐度下海水表面张力系数表征函数。结果表示,当气泡在非射流情况下生成及上浮时,气泡处于小半径慢速运动状态,属于低雷诺数运动过程,海水盐度与表面张力系数拟合效果理想,模型计算值与实验数据符合良好,偏离程度不到2%。
  • 图  1  气泡上浮测定实验装置图

    Figure  1.  Experimental facility of bubble flotation measurement

    图  2  经处理后的气泡运动状态照片

    Figure  2.  Images of bubble movement

    表  1  不同盐度海水物性参数

    Table  1.   Seawater physical parameters with different salinities

    Seawater salinity/‰ Density/(kg·m-3) Viscosity coefficient /(10-3Pa·s)
    15 1010.9 17.628
    20 1014.8 17.649
    25 1018.6 17.662
    30 1022.4 17.673
    35 1026.2 17.682
    40 1030 17.688
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    表  2  气泡在不同盐度海水中的脱离体积

    Table  2.   The variance of bubble departure volumewith differentseawater salinities

    Salinity/‰ Volume/mm3 Salinity/‰ Volume/mm3
    15 297.522 20 290.102
    25 284.127 30 281.368
    35 279.851 40 273.165
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    表  3  气泡在不同盐度海水中瞬时稳态上浮速度

    Table  3.   The bubble instantaneous velocity change with seawater salinity

    气泡等效半径R<7mm 气泡等效半径R>7mm
    Salinity/‰ Velocity(cm/s) Salinity/‰ Velocity (cm/s) Velocity(cm/s) Salinity/‰ Velocity(cm/s)
    15 24.01 20 26.19 32.74 20 31.96
    25 26.76 30 27.19 31.30 30 31.19
    35 28.07 40 28.06 31.02 40 30.71
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    表  4  不同盐度、温度条件下海水表面张力系数

    Table  4.   The surface tension coefficient with various salinities and at different temperatures

    Salinity/‰ Surface tension coefficient at 20.3℃/(mN·m-1) Surface tension coefficient at 25.1℃/(mN·m-1)
    15 73.15284 72.40355
    20 73.23027 72.5014
    25 73.2689 72.5721
    30 73.38591 72.63967
    35 73.45324 72.71793
    40 73.52156 72.7817
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    表  5  不同盐度、温度条件下海水表面张力系数

    Table  5.   The surface tension coefficient with various salinities and at different temperatures

    气泡等效半径R<7mm 气泡等效半径R>7mm
    Salinity/‰ Surface tension coefficient at 20.3℃/(mN·m-1) Surface tension coefficient at 25.1℃/(mN·m-1) Surface tension coefficient at 20.3℃/(mN·m-1) Surface tension coefficient at 25.1℃/(mN·m-1)
    15 73.16371 72.41422 73.26371 72.51422
    20 73.2281 72.5014 73.1281 72.5014
    25 73.2689 72.5691 73.2689 72.5991
    30 73.38917 72.65131 73.48917 72.67131
    35 73.43267 72.72152 73.53267 72.82152
    40 73.52156 72.7791 73.52156 72.8791
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-10-31
  • 修回日期:  2017-03-15
  • 刊出日期:  2017-08-25

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    2021年8月13日