【摘 要】
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饱水多孔介质注入型气流的动力学是地下水污染原位曝气处理、二氧化碳地质储存等地下水工程的理论基础,由于其复杂的流型及其动力学机制,在理论层面的研究仍很薄弱。本文分别使用不同直径的玻璃珠模拟常见的粗砂和砾石含水层介质,利用可视化技术开展了二维玻璃珠水槽中注入型气泡动力学的物理模拟试验。论文取得了以下成果:（1）气泡的运动特征:在玻璃珠水槽中,气泡以“试错”的方式寻找最优路径,并且受复杂的孔隙网络影响,
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饱水多孔介质注入型气流的动力学是地下水污染原位曝气处理、二氧化碳地质储存等地下水工程的理论基础,由于其复杂的流型及其动力学机制,在理论层面的研究仍很薄弱。本文分别使用不同直径的玻璃珠模拟常见的粗砂和砾石含水层介质,利用可视化技术开展了二维玻璃珠水槽中注入型气泡动力学的物理模拟试验。论文取得了以下成果:（1）气泡的运动特征:在玻璃珠水槽中,气泡以“试错”的方式寻找最优路径,并且受复杂的孔隙网络影响,不断发生分裂和合并,最终以树枝状的流型侵入到玻璃水槽中。在试验注气流量范围内,气泡运动以非连续的气泡流为主。另外,气泡在上升过程会形成气泡群,介质颗粒越小,注气流量越大,形成的气泡群数量越多。（2）气泡运动路径:采用维数和几何曲率两种方法表征了气泡的流动路径。在试验注气流量范围内,利用计盒维数法计算的气泡在玻璃珠直径0.5 mm的水槽中运动路径的维数为1.584–1.743,其几何曲率为1.30–1.55,而玻璃直径为4 mm时,运动路径的维数为1.080–1.357,几何曲率为1.13–1.29。这为气泡动力学研究提供了基本参数。（3）气泡运动速率:实测了纯水水槽和玻璃珠水槽中气泡的上升速度,并用目前较成熟的理论方法进行了计算。结果表明,广泛使用的Rodrigue模型适用于4 mm间距水槽内气泡运动。在0.5 mm间距的水槽中,由于玻璃板对气泡影响,计算结果与实测值相差较大。在玻璃珠水槽中,对于0.5mm间距的玻璃水槽,常用的Kahraman模型计算的气泡速度远小于实测值。原因是Kahraman模型没有考虑气泡群对气泡运动的影响。另外,本文提出了一种利用气泡群的伯努利效应估算气泡上升速度的方法。
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