鼓泡床中分布器对气泡行为影响的电容层析成像分析

浅谈基于图像处理气泡特征提取方法的研究作者：刘伟沈继忱来源：《科技资讯》 2013年第8期刘伟沈继忱(东北电力大学自动化工程学院吉林吉林 132012)摘要:针对电厂等一些输液管道中普遍存在的气水混合的现象,本文通过摄像机、采集卡采集到透明玻璃管道内的气水混合液图像,基于数字图像处理技术针对气泡图像进行处理增强,以便更好地对图像进行阈值分割。

通过实验,比较了几种阈值分割的效果,最后在最大类间方差法的基础之上,基于Matlab进行算法仿真,获得了较好的分割效果,该算法为有效的获得气泡形状特征参数提供了有效算法。

关键词:气液两相流图像处理最大类间方差法动态阈值中图分类号:TP7文献标识码:A文章编号:1672-3791(2013)03(b)-0033-02电力、石化系统中管道中气水混合的现象非常普遍,气液两相流工程应用效果在很大程度上取决于气泡运动形态以及分散相和连续相之间的相互作用,了解并掌握气液两相流的种种特性,具有重要的研究意义。

首先本文将高速摄像法应用到气液两相流图像采集中,对垂直玻璃透明管中上升的气液两相流进行非接触测量,不会干扰设备的正常运行,可通过调节拍摄频率得到较为清晰的图像。

其次对采集的图像数据样本进行预处理,为图像阈值分割及后期气泡特征的提取和提供高质量的分析样本。

为了更好的分析和辨识目标,就需要将其分离提取出来,对于目标的利用,在这基础上才能更进一步的利用。

而把图像分成格局样式的区域,并提取出目标的技术和过程中感兴趣的部分。

本文主要讨论基于最大类间方差法的图像阈值分割。

1 图像信息的采集本实验图像信息采集系统,主要包括激光转换系统,实验系统和高速摄像机。

实验的基本原理是:将单个激光光束利用透镜进行转换成一束平行光照进透明有水的玻璃管中,在透明玻璃管的下方有个阀门,打开空气阀门,在透明玻璃管内产生上升的气泡,高速摄像机在透明玻璃管道的左侧对光束所照到的气水混合液进行图像数据采集。

BOPET薄膜中气泡的检测及识别方法研究陈宝远;李紫贺;刘景阳;兰雅琼;于晓洋【摘要】双向拉伸聚酯薄膜(BOPET)中的气泡直接影响产品质量,准确快速地检测与识别气泡有重要意义.提出了一种基于LVQ神经网络的BOPET薄膜气泡的检测与识别方法.该算法对采集到的薄膜图像进行处理得到薄膜疵点轮廓,提取长宽比、圆形度、形状复杂性及伸长度4个特征值,输入至已经训练好的基于LVQ神经网络的气泡识别系统中识别气泡并确定其位置与面积.LVQ神经网络的设计的是通过研究BOPET薄膜中气泡的特征,提取特征输入向量,通过训练用的特征值的输入使神经网络达到学习和预测的目的.通过实验测试表明,此方法能满足BOPET薄膜中气泡的检测要求.【期刊名称】《哈尔滨理工大学学报》【年(卷),期】2015(020)001【总页数】5页(P61-65)【关键词】LVQ神经网络;Canny边缘检测;聚酯薄膜;气泡检测【作者】陈宝远;李紫贺;刘景阳;兰雅琼;于晓洋【作者单位】哈尔滨理工大学测控技术与仪器黑龙江省高校重点实验室,黑龙江哈尔滨150080;哈尔滨理工大学测控技术与仪器黑龙江省高校重点实验室,黑龙江哈尔滨150080;哈尔滨理工大学测控技术与仪器黑龙江省高校重点实验室,黑龙江哈尔滨150080;哈尔滨理工大学测控技术与仪器黑龙江省高校重点实验室,黑龙江哈尔滨150080;哈尔滨理工大学测控技术与仪器黑龙江省高校重点实验室,黑龙江哈尔滨150080【正文语种】中文【中图分类】TP274双向拉伸聚酯薄膜(BOPET)是塑料包装材料中使用最为广泛的一种,一般厚度为12 m,具有机械强度高、透气性小、电绝缘性好等性能[1-3]．气泡不仅影响薄膜的外观效果,也是薄膜产生破膜的主要原因[4]．因此,气泡成为影响聚酯薄膜质量的重要因素,在生产过程中准确快速地检测及识别气泡可及时分析气泡产生的原因并及时调整,以提高产品质量及生产效率[5]．目前,已有针对薄膜疵点的检测方法提出[6-7],但是尚未有针对BOPET中气泡检测与识别方法．本文采用了基于LVQ神经网络的气泡的检测与识别方法,通过获取薄膜图像,经过图像预处理后提取长宽比、圆形度、形状复杂性及伸长度4个特征值等作为LVQ神经网络的特征值输入,经过判断后识别薄膜中的气泡与非气泡,并给出其位置及面积．通常情况下使用的图像采集设备是CCD传感器,这种采集方式不仅使用方便,而且成本低．在图像采集过程中,容易受到的各种外界因素的干扰,需要对采集到的图像进行预处理[8-9]．经过一系列处理后,检测到薄膜疵点图像并进行特征提取,根据LVQ神经网络来识别疵点类型．气泡的检测与识别的过程一般包括图像预处理、特征边缘提取、识别气泡、气泡面积计算及质心的确定,具体如下:① 图像预处理:预处理包括图像灰度化、平滑去噪,可滤除噪声使边缘信息更容易提取;② 图像分割:选择阈值分割法对图像进行二值化处理,处理后的疵点与背景对比明显;③ 边缘检测:再经canny算子进行边缘提取,得目标图像边缘;④ 形态学图像处理:通过对气泡边缘的封闭、填充等操作得到疵点完整的轮廓;⑤ 特征提取:对目标图像的轮廓进行特征值的提取,提取的特征值作为LVQ神经网络的判断的输入;⑥目标识别:将提取到的疵点图像输入到已训练好的网络中,识别气泡与非气泡并给出其位置及面积．气泡提取流程图如图1所示.在薄膜生产过程中,由于挤出机压力波动可造成大气泡的产生,气泡最大约25cm2．若PET原料没有得到充分干燥,在进行成型加工时,微量的水分也会造成小气泡的产生．气泡是因气体作用而产生的,一般成圆形或椭圆形,气泡边缘较光,有明显的边界．在薄膜的生产过程中也会出现其他的疵点,如灰尘、绒毛等[10]．气泡及其他疵点的图像如图2所示.2.1 图像去噪在图像的采集过程中,由于摄像机精确度、照明环境等因素的影响,采集的图像会存在一定的随机噪声,图像平滑的主要目的是减少图像噪声．本文采用既可以去噪声的干扰,又能很好的保留图像边缘细节的中值滤波算法[11]．中值滤波的原理是首先选择一个含有奇数点的窗口W,将这个窗口在图像上扫描,把该窗口中所含有的像素点按灰度级的升(或降)序排列,取位于中间的灰度值,来代替该点的灰度值,即g(m，n)=Media{f(m-k，n-1)，(k，1)∈W}2.2 图像分割阈值分割是基于区域的,通过将图像划分为区域内部点集各区域外部点集来实现．常用的二值化的阈值分割,就是将图像中灰度值大于阈值T的像素置为白(置为1),将灰度值小于等于阈值T的像素置为黑(置为0),从而使原始的灰度图像f(x,y)转换成了黑白二值图像g(x,y)．经二值化阈值处理后的图像g(x,y)如公式(2)所示在阈值分割中,阈值的选取直接影响着图像的分割的结果．在本文中,由于薄膜图像的背景一般为均匀的灰度图像,疵点与背景区别较明显,故选用全局阈值分割法．经过多次实验,选用阈值为T=165．阈值分割法分割后的图像如图3所示．2.3 图像边缘检测边缘是图像最基本的特征,具有灰度值不连续的性质,存在于图像中的物体与背景、物体与物体之间,包含了目标物体边界的主要信息．Canny边缘检测算子是一种基于二阶导数的算子,它不是通过微分算子检测边缘,在满足一定约束条件下推导出的边缘检测最优化算子[12]．Canny算子边缘检测的基本原理是:采用二维高斯函数的任一方向上的一阶方向导数为噪声滤波器,通过与图像f(x,y)卷积进行滤波;然后对滤波后的图像寻找图像梯度的局部极大值,以确定图像边缘．Canny算子能很好地检测出气泡边缘．但同时也会出现非封闭边缘、孤立点以及气泡内的线条边缘等,因此需要对边缘检测后的图像进行数学形态学处理．薄膜疵点边缘检测结果如图4所示,边缘检测后的图像内部有空洞．2.4 二值图像的形态学处理二值图像是图像处理时的一种特殊图像,只有两个灰度级0和1,具有占用空间小的特点．腐蚀和膨胀是形态学处理的两个基本操作．假设A为待处理区域,B为结构元素,A用B来腐蚀的定义为A被B膨胀,定义为填充是在二值图像中填充图像区域和空洞．已知图像边界的集合,对该边界线包围的区域的填充过程是从区域内的某一点P开始做迭代运算,当Xk=Xk-1时停止迭代,这时,集合Xk和Ac的交集就包含了填充区域的内部以及它的边[13]．腐蚀在数学形态学中的作用是消除物体的边界点,消除不相关的细节,膨胀的作用与腐蚀相反,是对图像边界进行扩充,将裂缝连接起来．气泡图像经过预处理及边缘检测得到的图像中有部分非封闭的轮廓,并且在气泡内外有一些不相关的边缘及孤立点．膨胀和腐蚀可以解决以上问题[14]．经过空洞填充的图像如图5所示.经过薄膜图像的处理,可以得到薄膜中各种疵点的轮廓．根据气泡的图像特征进行提取,将提取到的特征值作为LVQ神经网络的输入,通过神经网络的判断识别出BOPET薄膜中的气泡．3.1 气泡特征提取及识别图像特征提取是图像识别的关键步骤,根据图像的特征进行识别分类[15-16]．气泡一般呈图形或椭圆形,气泡边缘较光滑,而其他疵点的图像比较复杂．故选用长宽比、圆形度、形状复杂性、伸长度4个特征进行提取,作为LVQ神经网络的输入变量,其中对于训练样本数量的确定常用的方式是拇指原则,所以本实验采用了100个不同的样本(70个训练样本,30个测试样本)进行实验,不但有效减少了LVQ网络的输入量,而且也为建立高效、稳定的神经网络做了准备．对图像处理后的BOPET薄膜图像进行特征值选取,通过Matlab编程计算,依次求得特征值．将随机选取的部分训练样本测试实验结果以表格的形式表示,如表1所示．3.2 LVQ神经网络结构的设计LVQ神经网络又叫学习向量量化LVQ(learning vector quantization)神经网络,它是一种有监督学习与无监督学习规则融合应用的神经网络．LVQ网络是从联想学习和竞争算法发展而来,因其简单易行的结构特点,在模式识别和优化领域有着广泛的应用．LVQ网络各层的数学描述如下:设输入向量用X表示:输入层到竞争层之间的权值矩阵用W1表示:竞争层的输出用V表示:输出层的输出用O表示:网络的期望输出用d表示:竞争层到输出层之间的权值矩阵用W2表示[17-18]:竞争层的每个神经元通过学习原型向量,并对输入空间进行分类．将竞争层学习得到的类称为子类,将输出层学习得到的类称为目标类[19]．LVQ神经网络结构模型如图6所示．LVQ学习算法步骤如下:1)设置变量和参量．参与训练的有X=70幅图像,提取的输入特征向量是4个．70张薄膜疵点图像分为2类(气泡与非气泡),所以目标向量为70×2的向量,其中每一列中只有一个“1”,其余均为“0”．Wi1(t)=[(Wi1(t)，Wi1(t)，…，Wi1(t))]T为权值向量．选择学习速率的函数η=η0(1-t/T)．2)初始化权值向量及学习速率．在初始状态下,所有神经元都拥有相同的权值Wi(0),即为这些向量的中间值．初值η(0)设为0.1,阈值ε>0.3)输入训练样本,计算输入向量与权值向量之间的距离,找到与输入向量距离最小的权值向量,从而找出获胜的神经元,实现神经元的竞争过程．4)期望误差的选取和网络结构的确定．期望误差初始值设为0.01,学习函数用LVQ1,最大训练步数设为1 000,开始对网络进行训练．5)判断分类是否正确,根据如下规则调整获胜神经元的权值向量:如果LX=LWc,则WC(t+1)=WC(t)+η(t)[X-WC(t)]；;否则,当LX≠LWc，有WC(t+1)=WC(t)-η(t)[X-WC(t)]．对于其他神经元,保持权值不变.6)调整学习速率η(t)．在初始阶段,η(t)通常取较大的值,表示算法迅速修正较大的误分类权值,随着时间的进行,η(t)越来越小,表明使用较小的学习系数来修正较小的误分类权值,以至在学习完成后,误分类的样本数得到最少．7)判断迭代次数是否超过T,如果t≤T就转到第3)步,否则就结束迭代过程[20]．实验中分别采集了不同情况下的70个训练样本进行LVQ神经网络训练,并最终选定了竞争层神经元个数为5、学习率为0.01的LVQ神经网络模型作为气泡别系统的网络进行测试．将所选的30个不同条件下的样本作为网络的测试样本,通过训练好的LVQ网络进行测试验证．将图2中的样本进行测试,得到的实验结果如表2所示．通过对全部测试样本的计算分析,得出其识别正确率为98.5%．最终对图2的BOPET检测与识别结果如表3所示.本文在Matlab R2012a环境下编译,选用了100个不同的样本(70个训练样本,30个样本)．由训练样本进行LVQ神经网络训练,神经网络竞争层神经元个数为5、学习率为0.01．通过对全部测试结果的计算分析,得出其识别正确率为98.5%,并且其识别时间仅需0.68 s．实验数据表明,本算法可满足BOPET薄膜中气泡的识别与定位要求,也适用于其他透明与半透明介质的气泡识别与检测．【相关文献】[1] 冯树铭.PET薄膜的性能及其改性[J]. 聚酯工业,2009,22(1):15-18.[2] HASHEMI S, XU Y. Thermal Effects on Fracture of Biaxial-oriented Poly(Ethylene terephthalate) (BOPET) Film[J]. Journal of Materials Science, 2007, 42 (15):6197-6204. [3] SUN Jie, TIAN Hua-yu, BAI Yong-ping.Graft Polymerization of Acrylic acid and Acrylamide onto BOPET Corona Films[J].Journal of Wuhan University of Technology-Mater. Sci. Ed,2004, 19 (2):90-93.[4] 滕岩.PET薄膜生产过程中“气泡”破膜分析[J]. 聚酯工业,2012,25(1):50-51.[5] 赵允贵.2013年国内塑料薄膜行业发展情况分析[J].塑料包装,2014,24(1):1-7.[6] 刘艳.基于CCD扫描的聚合物薄膜缺陷检测关键技术研究[D].哈尔滨:哈尔滨理工大学,2011:11-20.[7] 樊向党,林波,沈文和.塑料薄膜表面疵点检测及识别方法研究[J]. 工业控制计算机,2011,24(5):74-75.[8] 刘艳秋.线阵CCD的液位测量装置的设计研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2012:15-18.[9] 熊露.千万级像素CCD摄像机的关键技术研究[D].合肥:电子科技大学,2012:25-29.[10] 滕岩.干膜用聚酯薄膜产生疵点的原因[J].聚酯工业,2011,24(5):44-45.[11] 赵高长,张磊,武风波.改进的中值滤波算法在图像去噪中的应用[J].应用光学,2011,32(4):678-682.[12] BISWAS Ranita, SIL Jaya.An Improved Canny Edge Detection Algorithm Based on Type-2 Fuzzy Sets[J]. 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第52卷第1期2021年1月中南大学学报(自然科学版)Journal of Central South University (Science and Technology)V ol.52No.1Jan.2021垂直磁场作用下水平微电极表面气泡生长特性实验研究詹水清，黄雨捷，王军锋，江明镅，张伟，王贞涛(江苏大学能源与动力工程学院，江苏镇江，212013)摘要：为探究不同电磁场产生的微观磁对流对水平微电极表面单个气泡生长行为的影响，建立恒定电流的电解水制氢实验系统。

应用高速摄像可视化技术对电极表面气泡生长过程进行观察，结合OpenCV-Python 自定义程序对气泡生长行为特征参数进行提取和分析。

研究结果表明：在气泡生长周期内，气泡直径逐渐增大，气泡生长速率先增大后减小，外加磁场对气泡生长速率几乎没有影响，气泡生长速率随电解电流密度的增大而增大。

与低电解电流密度工况相比，高电解电流密度下的气泡脱离直径明显偏大，气泡生长时间明显延长，工作电极电势明显偏高。

随着磁感应强度增大，低电解电流密度和高电解电流密度条件下的气泡脱离直径、气泡生长时间和工作电极电势均呈现相反的变化趋势，高强度磁场或高电解电流密度作用使磁场的影响效果减弱。

不同电解电流密度和磁感应强度下工作电极电势与气泡接触直径的变化规律类似，揭示出工作电极电势变化与电极表面气泡生长行为密切相关。

关键词：垂直磁场；气泡生长；脱离直径；生长时间；电极电势中图分类号：TK91文献标志码：A开放科学(资源服务)标识码(OSID)文章编号：1672-7207（2021）01-0249-10Experimental study on bubble growth characteristics onhorizontal microelectrode surface in vertical magnetic fieldZHAN Shuiqing,HUANG Yujie,WANG Junfeng,JIANG Mingmei,ZHANG Wei,WANG Zhentao(School of Energy and Power Engineering,Jiangsu University,Zhenjiang 212013,China)Abstract:To investigate the effects of micro magnetohydrodynamics convection produced by electric and magnetic fields on the growth characteristics of a single bubble on horizontal microelectrode surface,a constant-current chronopotentiometry water electrolysis experiment system was built.The bubble growth process was captured by adopting the high-speed image technology,and the characteristic parameters of bubble growth were extracted and analyzed in conjunction with a specially OpenCV-Python program.The results show that the bubbleDOI:10.11817/j.issn.1672-7207.2021.01.025收稿日期：2020−09−28；修回日期：2020−11−06基金项目(Foundation item)：国家自然科学基金资助项目(51704126)；江苏省自然科学基金资助项目(BK20170551)；江苏省博士后科研资助计划项目(2019K046)(Project(51704126)supported by the National Natural Science Foundation of China;Project (BK20170551)supported by the Natural Science Foundation of Jiangsu Province;Project(2019K046)supported by the Postdoctoral Research Funds of Jiangsu Province)通信作者：詹水清，博士，副教授，从事多相流与传热传质基础理论与数值模拟研究；E-mail:********************.cn引用格式：詹水清,黄雨捷,王军锋，等.垂直磁场作用下水平微电极表面气泡生长特性实验研究[J].中南大学学报(自然科学版),2021,52(1):249−258.Citation:ZHAN Shuiqing,HUANG Yujie,WANG Junfeng,et al.Experimental study on bubble growth characteristics on horizontal microelectrode surface in vertical magnetic field[J].Journal of Central South University(Science and Technology),2021,52(1):249−258.第52卷中南大学学报(自然科学版)diameter increases during the bubble growth cycle.The bubble growth rate first increases and then decreases andthe external magnetic field has little effect on it.The bubble growth rate increases with the increase of the applied electrolysis current density.The bubble departure diameter is greatly increased,and the bubble growth time is obviously long and the potential of working electrode is obviously high at high electrolysis current densities, compared to those under conditions of low electrolysis current densities.With increasing magnetic induction, bubble departure diameter,the bubble growth time and the potential of working electrode show the reverse change trend between the low and high electrolysis current densities,and the effects of magnetic field are decreased significantly with high-intensity magnetic field or high electrolysis current density.The potential of working electrode and the bubble contact diameter perform similar variations at different electrolysis current densities and magnetic inductions,which reveals that the transient potential of working electrode is closely associated with the bubble growth characteristics on the horizontal microelectrode surface.Key words:vertical magnetic field;bubble growth;departure diameter;growth time;potential of working electrode氢能是一种理想的清洁能源，在能源、石油、化工、冶金、航空航天等领域应用广泛。

第52卷第12期2021年12月中南大学学报(自然科学版)Journal of Central South University (Science and Technology)V ol.52No.12Dec.2021均匀直流电场作用下贴壁气泡变形特性王太，陈烁，李典，刘清元，谢英柏，刘春涛(华北电力大学能源动力与机械工程学院，河北保定，071003)摘要：为了获得均匀直流电场作用下贴壁气泡的变形特性，开发电场力模型，并与基于轴对称坐标系的VOSET 方法相耦合，采用数值模拟的方法研究电场力、浮升力、表面张力、毛细力对气泡变形的影响。

同时，开展可视化实验对数值算法进行验证。

研究结果表明：电势与电场在气液界面附近发生扭曲，电场力指向气泡内部，挤压气泡沿电场方向伸长；电场强度与液体介电常数越大，电场力越大，气泡变形越明显；浮升力作用减弱，表面张力与电场力作用增强，气泡高度明显增加；表面张力具有维持气泡形状的能力，表面张力系数越小，当无外加电场时，气泡高度越小，施加电场后，气泡高度随电场强度增加而增大的幅度越大；接触角越大，气泡高度随电场强度增加而增大的幅度越大。

关键词：气泡；电场；电场力；VOSET 方法；数值模拟中图分类号：TK121文献标志码：A文章编号：1672-7207（2021）12-4531-09Investigation on deformation behavior of single bubble attachedto solid wall under effect of uniform DC electric fieldWANG Tai,CHEN Shuo,LI Dian,LIU Qingyuan,XIE Yingbai,LIU Chuntao(School of Energy,Power and Mechanical Engineering,North China Electric Power University,Baoding 071003,China)Abstract:In order to obtain the deformation behavior of single bubble attached to the solid wall under the effect of uniform DC electric field,the VOSET method based on the axisymmetric coordinate coupled with electric field force model was used to investigate the effect of electric field force,buoyancy force,surface tension and capillary force on bubble deformation.The visualized experiment was performed to verify the numerical simulation algorithm.The results show that the electric potential and electric field are distorted around the gas-liquid interface.Under the extrusion action of electric field force pointing to the interior of the bubble,the bubble elongates along the direction of the electric field.The larger electric field strength and dielectric constant of liquid收稿日期：2021−04−21；修回日期：2021−05−29基金项目(Foundation item)：河北省自然科学基金资助项目(E2019502151)；中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(2018MS105)(Project(E2019502151)supported by the Natural Science Foundation of Hebei Province,China;Project (2018MS105)supported by the Fundamental Research Funds for the Central Universities of China)通信作者：王太，博士，讲师，从事多相流动传热、气液两相流数值模拟研究；E-mail ：********************DOI:10.11817/j.issn.1672-7207.2021.12.033引用格式：王太,陈烁,李典,等.均匀直流电场作用下贴壁气泡变形特性[J].中南大学学报(自然科学版),2021,52(12):4531−4539.Citation:WANG Tai,CHEN Shuo,LI Dian,et al.Investigation on deformation behavior of single bubble attached to solid wall under effect of uniform DC electric field[J].Journal of Central South University(Science and Technology),2021,52(12):4531−4539.第52卷中南大学学报(自然科学版)will lead to the greater the electric field force and the more obvious bubble deformation.The effect of buoyancy force is weakened,the effect of surface tension and electric field force is enhanced,and the bubble height is increased obviously.The surface tension has the ability to maintain the bubble shape.With the decrease of the surface tension coefficient,the bubble height decreases in the absence of electric field,but in the case of applying electric field,it has the larger increasing amplitude with the increase in the electric fileld strength.With the increase of the contact angle,the bubble height has the larger increasing amplitude with the increase of the electric field strength.Key words:bubble;electric field;electric field force;VOSET method;numerical simulation电场强化沸腾换热技术具有设备简单、装置灵巧、功耗低、热流与温度易于控制等优点[1]，在动力工程、核能工程、化学工程、航空航天等领域具有广阔的应用前景。

油气润滑电容层析成像介电常数的计算与优化孙启国;黄博凯;闫晓丹【摘要】建立了电容传感器的二维物理模型,采用COMSOL软件进行有限元模型的仿真分析;根据电容值的计算表达式,推导出相对介电常数的计算式;通过改变影响相对介电常数的因素进行仿真验证,以空间图像重建误差作为评价指标.结果表明:传感器的有限元模型与物理模型真实有效,推导处的介电常数表达式在计算与仿真方面均验证了表达式的准确性,为电容层析成像传感器的优化计算提供了参考.【期刊名称】《机械研究与应用》【年(卷),期】2018(031)001【总页数】3页(P1-3)【关键词】油气润滑;传感器;相对介电常数;电容层析成像【作者】孙启国;黄博凯;闫晓丹【作者单位】北方工业大学机械与材料工程学院,北京 100144;北方工业大学机械与材料工程学院,北京 100144;北方工业大学机械与材料工程学院,北京 100144【正文语种】中文【中图分类】TP212.10 引言电容层析成像技术(electrical capacitance tomography，ECT)是基于电容传感机理的一种过程层析成像技术，主要由电容传感器、数据采集系统和图像重建单元组成。

电容传感器作为ECT系统的数据信息来源，其电容值测量与计算的准确性对图像重建的质量有直接的影响[1]。

在电容值的数学计算中，多相物质混合的相对介电常数起到了至关重要的作用[2]，其值的精确测量与计算，直接影响电容值的准确性，进而在灰度值的计算中产生明显的误差。

以油气润滑为工程背景，采用ECT成像技术对其管道内的油气两相流进行检测。

以电容值计算为依据，计算相对介电常数的数学式，理论分析介电常数的影响关系，再以COMSOL为平台，设计仿真实验。

当油气以高速混合状态进入管道内部，物质层会以串联或并联的方式叠加，导致相对介电常数发生变化。

针对以上问题，作者及其团队对电容传感器的结构参数[3-5]：极板的圆角、极板长度、绝缘层、管壁厚度、径向极板、屏蔽层等进行了充分的优化。

第48卷第1期2021年1月华北电力大学学报Journal of North China Electric Power UniversityVol.48,No.1Jan.,2021doi:10.3969/j.ISSN.1007-2691.2021.01.15鼓泡床密相区多组分床料扩散的CPFD 模拟陈鸿伟,刘玉强,刘博朝,梁锦俊,贾建东,宋杨凡,王睿坤(华北电力大学能源动力与机械工程学院,河北保定071003)摘要:鼓泡床密相区颗粒的混合和扩散对炉内反应速率影响巨大,研究冷态鼓泡床密相区的混合情况,对热态锅炉研究提供参考㊂采用计算颗粒流体力学(CPFD )方法,对158mm (长)ˑ158mm (宽)ˑ400mm (高)的长方体模型进行模拟㊂主要研究不同流速下,不同质量分数的压缩木屑㊁稻壳的颗粒体积分数和横向扩散系数㊂模拟结果表明,与稻壳相比,压缩木屑颗粒体积分数更大,床层膨胀程度更小;生物质的质量分数越大,密相区颗粒体积分数越大,床层膨胀程度越小,床层整体流化不均匀性越小;扩散系数随流化风速㊁生物质的质量分数的增加而增大;相同质量分数下,压缩木屑的扩散系数略小于稻壳㊂关键词:鼓泡床;密相区;CPFD 模拟;多组分床料;横向扩散中图分类号:TK224㊀㊀文献标识码:A㊀㊀文章编号:1007-2691(2021)01-0114-07CPFD Simulation of Multicomponent Bed Material Diffusion in Dense Phase Zone of Bubbling BedCHEN Hongwei,LIU Yuqiang,LIU Bochao,LIANG Jinjun,JIA Jiandong,SONG Yangfan,WANG Ruikun(School of Energy Power and Mechanical Engineering,North China Electric Power University,Baoding 071003,China)Abstract :The mixing and diffusion of particles in the dense phase zone of the bubbling bed have great influence on the reaction rate in the furnace.This paper studied the mixing of particles in dense phase zone of the cold bubbling bed,thereof providing reference for the research of hot boiler.This paper adopted a computational particle fluid dynam-ics (CPFD)method to simulate a 158mm ˑ158mm ˑ400mm cuboid model.In the cuboid model,we studied the par-ticle volume fraction and lateral diffusion coefficient of compressed wood chips and rice husks with different mass frac-tions at different flow rates.The simulation results show that compared with rice husks,the larger the volume fraction of compressed wood chips is,the smaller the degree of expansion of the bed is.As the mass fraction of biomass increases,the volume fraction of particles in dense phase zone is larger,while the expansion of bed and the overall fluidization in-homogeneity of the layer is smaller.The diffusion coefficient increases with the fluidization wind speed and biomass mass fraction.Under the same mass fraction,the diffusion coefficient of compressed wood chips is slightly smaller than that of rice husk.Key words :bubbling bed;dense phase zone;CPFD simulation;multicomponent bed material;lateral diffusion收稿日期:2020-07-14.基金项目:国家自然科学基金资助项目(51606067).0㊀引㊀言㊀㊀我国是能源消费大国,每年煤炭消耗量巨大㊂煤炭主要消费在火力发电㊁冶铁㊁化工和建材行业,其中火力发电占比最大,达到50%以上㊂然而,大规模利用煤炭资源也导致环境污染和全球变暖等问题愈发严重㊂2016年12月,国家发改委印发‘煤炭工业发展 十三五 规划“,氮氧化物㊁硫化物,重金属和粉尘排放问题得到了前所未有的重视㊂流化床锅炉作为一种清洁㊁高效的燃烧㊀第1期㊀陈鸿伟,等:鼓泡床密相区多组分床料扩散的CPFD模拟㊀设备,具有燃烧效率高㊁燃料适应性广㊁排放污染物较低以及负荷适应能力强的优点[1]㊂在燃烧过程中,流化风携带大量固体颗粒进入炉膛上部,按照炉膛内颗粒浓度自下向上将炉膛分为密相区㊁过渡区和稀相区㊂密相区是气固两相最先接触的区域,与上部快速流化区域不同,密相区内颗粒浓度大,混合剧烈,呈鼓泡状态[2-4]㊂如果床料混合不均匀,将直接导致局部严重缺氧,炉膛燃烧恶化㊂密相区的混合情况直接影响燃烧和反应速率,所以密相区颗粒混合和扩散一直是学者关注的问题㊂本文研究密相区床料扩散规律,为锅炉设计提供参考㊂沈来宏分析了鼓泡流化床内颗粒混合机理,将颗粒混合过程分为,上下运动的尾迹相㊁乳化相和横向扩散的乳化相[5]㊂Leckner等人认为,低流速下仅产生大的单个气泡,高流速下气泡从底部延伸到床层表面,定性地反映了密相区颗粒混合情况[6]㊂张贤等采用示踪颗粒法重点研究了不同宽筛分粒径对横向扩散系数的影响,认为相同条件下,宽筛分颗粒扩散能力低于窄筛分颗粒,所得横向扩散系数在0.0002~0.003之间[7]㊂李斌等模拟了不同床宽㊁不同位置进风对颗粒横向㊁竖向速度的影响[8]㊂Philipp等用干冰示踪剂研究流化床底部区域径向的固体浓度分布,实验发现,颗粒地横向扩散能力明显弱于轴向扩散能力[9]㊂杜奇在冷态实验台上使用热示踪粒子,研究颗粒扩散的影响因素,发现随着给煤口高度㊁风速的增加,颗粒横向扩散系数随之增大[10]㊂由于实验条件和测量方法的限制,目前主要研究流化风速㊁床宽等,对静止床料量以及床料种类研究较少㊂特别是床料种类,不同种类的床料由于密度不同㊁成分不同,相互掺混扩散能力也不同,对床内气固流动产生影响㊂本文采用计算颗粒流体力学(computational particle fluid dy-namics,CPFD)方法模拟密相区多组分床料扩散㊂CPFD采用欧拉-拉格朗日方法,其中流体相采用欧拉法和三维时均N-S方程,针对颗粒相采用拉格朗日方法和MP-PIC(Multi-Phase Particle-in-Cell)多相模型,能够精确地模拟颗粒的组分㊁粒径㊁运动轨迹和相互作用㊂CPFD采用粒子云模型,将相同属性(如密度㊁粒径㊁化学组成)的真实颗粒组成 颗粒团 ,从而减少计算量,快速准确地模拟出结果㊂1㊀数学模型㊀㊀MP-PIC方法[11]流体相采用欧拉法,颗粒相使用拉格朗日法并与流体相方程耦合,达到在三维空间内求解颗粒㊁流体的目的㊂模型中主要使用的控制方程,对于气固两相流θp+θf=1(1)式中:θp为颗粒相体积分数;θf为流体相的体积分数㊂流体相的连续性方程:∂θfρf∂t+∇ˑθfρf u f()=0(2)式中:ρf为流体相密度;u f为流体相速度,流体相动量方程为∂θfρf u f∂t+∇ˑθfρf u f u f()=-∇p+∇ˑθfτf()+θfρf g-F(3)式中:p为流体相压力;F为流体相宏观应力张量;τ为单位体积内流体相和颗粒相的动量交换率㊂颗粒相的动量方程表示为d u pd t=D p u f-u p()1ρp∇p+g-1θpρf∇τp(4)式中:u p为颗粒速度;ρp颗粒密度;τp为颗粒法向应力㊂相间曳力模型:D p=C d38ρfρpu f-u pr p(5)式中:r p为颗粒半径,其中C d=24Reθ-2.65g(1+0.5R e0.687)R e<1000(6)C d=0.44θ-2.65gR eȡ1000(7)㊀㊀连续粒子应力模型为τp=p sθβpmax[(θcp-θp),ε(1-θp)](8)式中:p s为常数,1Pa;β的取值通常在2~5;θcp为堆积密度;ε是一个数量级10-7的数㊂2㊀参数设置及工况设计㊀㊀本文针对密相区及其上部进行模拟,选取较为典型的长方体作为鼓泡床模型㊂模型尺寸为511㊀㊀华北电力大学学报㊀2021年158mm(长)ˑ158mm(宽)ˑ400mm(高)㊂在设置网格时,进行无关性验证㊂网格数量太少时,计算精度不能满足预期要求;网格数量太多时,占用的计算资源过多,耗时太长㊂最终本文选用10 mm精度结构化网格,网格质量较好㊂根据Liang 等人的研究,选取Wen-Yu/Ergun曳力模型可以较好地模拟气固之间作用力[12]㊂计算中,初始状态在重力作用下自然堆积,堆积孔隙率取0.61㊂经过筛分后,床料设置如表1所示㊂表1㊀床料设置Tab.1㊀Bed material settings床料种类粒径/μm密度/(kg/m-3)球形度石英砂200~30022000.86压缩木屑500~60012000.8稻壳500~6007000.8气化流速u mf共选取5种,分别为0.4㊁0.45㊁0.5㊁0.55㊁0.6m/s,初始石英砂高度为80mm,稻壳和压缩木屑的选取量均为石英砂质量的0㊁2%㊁4%和6%,主要模拟多种固体床料在不同风速下流动状态㊂3㊀模拟状态讨论3.1㊀流动状态分析在床层膨胀稳定后,选取3s时的流动状态进行分析㊂图1为石英砂在0.4㊁0.45㊁0.5㊁0.55㊁0.6m/s风速条件下流动状态图㊂从图中可以看出,风速不同流动状态也不同㊂在0.4m/s风速下,产生的气泡较小㊁数量较少,整个鼓泡床的膨胀高度也较小㊂在0.5m/s风速下,可以观察到气泡的体积增大,床层膨胀高度增加,流化床密相区颗粒体积分数沿床高分布较均匀,下层流化较好,中层气泡相夹杂颗粒较少,上层堆积体积分数较大,稀相区的占比明显增多㊂0.6m/s流化状态较复杂,气泡上升速度加快,气泡与气泡之间出现集聚㊂密相区分布大量气泡,床层混乱程度增加㊂在气泡形成㊁上升移动和集聚破碎的过程中,都会促进床料混合,风速越大,混合的程度越大㊂刘典福等通过数字图像处理技术观察流化床中气泡形状,气泡在底部形成,逐渐上升凹陷,受到颗粒撞击变形直至破裂,促进床料混合[13],描述基本一致㊂图1㊀纯石英砂5种风速下流化形态图Fig.1㊀Flow pattern of pure quartz sand under five wind speeds3.2㊀不同种类床料对颗粒混合情况的影响生物质的种类也会对床层流动㊁混合产生影响㊂图2显示纯石英砂和加入不同质量分数压缩木屑㊁稻壳在3s左右的颗粒体积分数云图㊂从图中可以看出,三种质量分数的床料流动状态是相似的㊂压缩木屑的密度远大于稻壳,同等条件下流化所需的曳力更大㊂压缩木屑的膨胀高度略小于稻壳,颗粒体积分数略大于稻壳㊂在截面处出现体积较大的气泡,纯石英砂和稻壳体积分数较均匀,而压缩木屑密相区上层体积分数很大,且膨胀高度也明显低于稻壳㊂相同质量分数下,压缩木屑与稻壳相比,产生的气泡数量更少,气泡体积更大㊂由于密度的差异,压缩木屑更难被流化,气泡在上升过程中集聚,到达床层表面时破裂,将部分颗粒抛射到床层上方㊂当大的气泡之间发生碰撞,存在少量气体以短路的形式穿过床层㊂此时气泡的体积和床层膨胀程度变化不大[14]㊂顾佳雯等使用稻壳㊁锯花㊁花生壳和蔗渣生物质进行流化实验,同样以大气泡为主,气泡破碎带动大颗粒生物质扩散混合[15]㊂3.3㊀生物质物料量对扩散的影响图3表示3s时加入不同质量分数生物质的密相区颗粒粒径图㊂石英砂的粒径为200~300μm,而生物质的粒径为500~600μm,可以根据粒径的大小判断物质种类㊂图3(a)为不同质量分数稻壳的粒径图㊂生物质质量分数的增加,直接增大了床层高度㊂同时床层总质量也在增加,床层所需要的最小临界流化风速增大㊂风速没有改变,但床层所需的曳力增大,最终膨胀程度减小㊂稻壳的密度为700kg/m3远小于石英砂的2200kg/m3,在流化过程中,生物质被带到床层的最上部,发生明显的分层现象㊂由于密度较低,在密相区上方的稀相区,大部分为生物质颗粒㊂611㊀第1期㊀陈鸿伟,等:鼓泡床密相区多组分床料扩散的CPFD模拟㊀图2㊀不同生物质密相区流动状态㊀Fig.2㊀Flow status of different biomass dense phase zones图3(b)为不同质量分数压缩木屑的粒径图㊂生物质的增加没有明显的改变流化状态㊂由于压缩木屑的密度为1200kg/m3接近石英砂的密度,混合较好,未出现明显分层㊂在实际流化床中,生物质应尽可能均匀地与床料混合,增大接触面积㊂良好地混合有利用加快反应速率,促进生物质反应完全㊂图4显示三种质量分数下,稻壳和压缩木屑图3㊀含不同质量分数生物质的密相区颗粒粒径图Fig.3㊀Particle size map of dense phase zone with differentmass fractions of biomass的颗粒体积分数横向分布图㊂当生物质种类相同时,6%质量分数的生物质体积分数大于4%和2%质量分数的生物质㊂因为质量分数不同,床层重量有明显差异,达到同样流化状态所需要的曳力也不同㊂从图4可以看出,6%质量分数的生物质体积分数相对较大,证明床层膨胀情况较弱,颗粒堆积较为紧密㊂4%和2%质量分数的生物质相对较小,表明膨胀程度较强,床层沸腾剧烈㊂6%质量分数的生物质与4%质量分数的生物质体积分数差距较大,而4%和2%差异不明显,个别位置甚至出现2%质量分数的生物质体积分数更大的情况㊂同时,6%质量分数的生物质体积分数波动较小,整体膨胀较为均匀,而4%和2%质量分数的生物质体积分数波动很大,床层横向混合程度差异较大㊂从整体来看,整个图形呈 W 型,有两个峰值和三个谷值,体积分数变化也较大㊂Javad等人建立了水动力模型,在三个位置的径向颗粒体积分数同样呈现波动状态[3]㊂711㊀㊀华北电力大学学报㊀2021年图4㊀密相区颗粒体积分数横向分布图Fig.4㊀Horizontal distribution of particle volume fraction indense phase region通过比较图4的(a)和(b)两幅图,也发现一些差异㊂虽然两幅图整体都呈 W 型,但稻壳更为贴近,压缩木屑的 W 不是很明显㊂在两幅图中,6%质量分数的生物质体积分数均为最大,在(b)中,6%生物质变化幅度更小,波动情况也更弱㊂但2%和4%质量分数的生物质变化幅度更大,床层不均匀性更强㊂3.4㊀颗粒横向扩散系数讨论颗粒横向扩散系数是衡量密相区扩散混合情况的一个重要参数[16],本文采用示踪粒子法进行模拟㊂在起始点(x0,y0,z0)注入N个理想示踪剂颗粒,每个示踪剂的瞬时位移可表示为X=x(t)-x0(9)㊀㊀N个示踪粒子在t时刻的平均瞬时位移为X-=1NðN n=1X n(10)㊀㊀在t时刻颗粒横向位移的方差为X-2=1NðN n=1X n-X-()2(11)㊀㊀颗粒的横向扩散系数可以表示为D x=12d X-2d t(12)㊀㊀在流动状态稳定后,选取三个时间段颗粒数据计算横向扩散系数,再取平均值㊂图5为纯石英砂和不同质量分数生物质的横向扩散系数D x的计算结果㊂图5㊀扩散系数与流化风速关系Fig.5㊀Relationship between diffusion coefficient and fluid-ized wind speed颗粒地混合主要是由于气泡尾涡中夹带有细小或低密度颗粒,在气泡上升过程中进入大颗粒之间的间隔所致;同时,气泡上升后在流化床中又会在局部留下新的空穴,此空穴马上会被上部和周围颗粒填充,也会促进颗粒混合[17]㊂流化风速增加,气泡产生的速度和体积越来越大,在其上升过程排挤颗粒的能力越来越强;当气泡上升到床层表面时,气泡抛射能力也较强㊂因此,扩散能力随流化风速的增加而增强,横向扩散系数也随之增大㊂三种情况中,纯石英砂的横向扩散系数是最小的㊂在添加生物质后,由于床层质量增加,气泡811㊀第1期㊀陈鸿伟,等:鼓泡床密相区多组分床料扩散的CPFD模拟㊀体积变大,上升速度更快,对床层的扰动能力更强,促使更多颗粒横向移动,加大了横向扩散系数㊂并且,生物质质量越多,床层横向扩散能力越强㊂压缩木屑和稻壳相比密度更大,气泡上升过程中,压缩木屑颗粒质量较大所受到的阻力也较大,所以扩散系数相比稻壳略小一些㊂在流化风速增大后,压缩木屑和稻壳扩散系数差别不大,主要是流化风速已经能够满足整个床层完全流化,颗粒的数量和密度影响不大㊂本文通过文献调研,判断横向扩散系数计算结果是否准确㊂学者们针对不同的实验模型和采用不同的实验方法,得到了不同数量级的扩散系数,大都在10-4~10-1数量级㊂本文模拟得到的扩散系数范围在0.006~0.011之间,而胡南等人利用热示踪粒子测量石英砂的扩散系数在0.002~ 0.008,较为接近前人研究成果[18]㊂国内外众多学者在冷态试验台上研究了流化风速和横向扩散系数的关系,得到的结论为:流化风速增加,颗粒横向扩散系数也会增大,与本文模拟所得结论一致㊂4㊀结㊀论㊀㊀本文采用CPFD方法对长方体鼓泡床模型的进行了模拟,主要研究了多组分床料种类和物料量对颗粒扩散的影响,重点分析了不同风速下的颗粒体积分数变化㊁不同物料量时颗粒粒径分布以及多组分横向扩散系数D x㊂主要结论如下: (1)利用CPFD模拟密相区颗粒流动形态,与前人研究结果基本一致,在气泡形成㊁上升移动和集聚破碎的过程中,都会促进床料混合,风速越大,混合的程度越大㊂(2)模拟了不同物料对密相区颗粒体积分数的影响,相比于稻壳,压缩木屑颗粒体积分数更大,床层膨胀程度更小㊂(3)模拟结果显示,同种生物质条件下,生物质的质量分数越大,密相区颗粒体积分数越大,床层膨胀程度越小,床层整体流化不均匀性越小㊂(4)通过CPFD的方法计算出横向扩散系数,随着流化风速和床料量增加,扩散系数也在增大;相同质量分数下,压缩木屑的扩散系数略小于稻壳㊂通过比较文献,横向扩散系数大都在10-4~10-1数量级,验证计算结果基本正确㊂参考文献:[1]岳光溪,吕俊复,徐鹏,等.循环流化床燃烧发展现状及前景分析[J].中国电力,2016,49(1):1-13.YUE Guangxi,LV Junfu,XU Peng,et al.The up-to-date development and future of circulating fluidized bedcombustion technology[J].Electric Power,2016,49(1):1-13(in Chinese).[2]宋杨凡,卢啸风,高建强.细颗粒鼓泡流化床内气固流动特性数值模拟研究[J].热力发电,2020,49(5):40-49.SONG Yangfan,LU Xiaofeng,GAO Jianqiang.Numeri-cal study on gas-solid flow characteristics in fine parti-cle bubbling fluidized beds[J].Thermal Power Gener-ation,2020,49(5):40-49(in Chinese). 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加压气液鼓泡塔的CFD数值模拟与ERT实验验证张博;秦玉建;靳海波;杨索和;何广湘;罗国华;徐新;郭晓燕【摘要】在内径0.3 m,高6.6 m的加压鼓泡塔内,采用计算流体力学(CFD)数值模拟与气泡群平衡模型(PBM)耦合法进行塔内流体力学模拟,并将数值模拟结果与基于电阻层析成像技术(ERT)的实验结果对比分析,将通过ERT实时采集的横截面气含率分布和时间序列图与模拟结果进行比较.结果表明:ERT技术测量结果与CFD计算结果吻合良好,能很好地表示鼓泡塔内气液流动状态,进一步表明ERT技术对加压鼓泡塔内气液两相流进行可视化与实时测量是可行的.%The computational fluid dynamics (CFD) numerical simulation and the population balance model (PBM) coupling method were used to simulate the fluid dynamics in the pressurized bubble column with the diameter of 0.3 m and the height of 6.6 m.The results of numerical simulation were compared with the experimental results based on electrical resistance tomography (ERT), and the comparison of the gas holdup distribution and time series diagram of the cross-section collected by ERT in real time was compared with the simulation results.The results showed that the results measured by the electrical resistance tomography techniques were in good agreement with the calculated results of computational fluid dynamics, which could well represent the gas-liquid flow state in the bubble column. It was further demonstrated that ERT technique was feasible for visualization and real-time measurement of gas-liquid two phase flow in the pressurized bubble column.【期刊名称】《化学反应工程与工艺》【年(卷),期】2017(033)004【总页数】8页(P335-342)【关键词】加压鼓泡塔;电阻层析成像技术;计算流体力学模拟;气泡群平衡模型【作者】张博;秦玉建;靳海波;杨索和;何广湘;罗国华;徐新;郭晓燕【作者单位】北京石油化工学院化学工程系,北京 102617;北京石油化工学院化学工程系,北京 102617;北京石油化工学院化学工程系,北京 102617;北京石油化工学院化学工程系,北京 102617;北京石油化工学院化学工程系,北京 102617;北京石油化工学院化学工程系,北京 102617;北京石油化工学院化学工程系,北京 102617;北京石油化工学院化学工程系,北京 102617【正文语种】中文【中图分类】TQ021.1鼓泡塔反应器因具有结构简单、产能大、易操作、传热传质好和床层压降小等优点，被广泛应用于化学工程、生物工程、环境及能源等工业领域[1-4]。

第37卷,总第214期2019年3月,第2期《节能技术》ENERGY CONSERVATION TECHNOLOGY Vol.37,Sum.No.214Mar.2019,No.2非均匀润湿性表面的气泡动力学特性孙远志1,邬智宇1,张　伟1,2,姜家宗1(1.华北电力大学能源动力与机械工程学院,北京　102206;2.低品位能源多相流动与传热北京市重点实验室,北京　102206)摘　要:为探究不同润湿性表面气泡动力学特性,本文采用FLUENT 软件中VOF 模型对四种不同的微结构下气泡的成长、脱离进行了数值模拟,分析了气泡脱离频率、生长速度、体积、气泡最高点等,获得了不同接触角匹配特性及微结构对气泡动力学特性的影响规律。

数据分析表明,对于具有微结构的非均匀润湿表面,凹穴出口外部的表面润湿特性对气泡脱离起主导作用,凹穴结构本身的几何结构和润湿性对气泡脱离的影响相对较弱。

关键词:气泡动力学;润湿性;微结构;亲水性;疏水性中图分类号:TH703;TK114　文献标识码:A　文章编号:1002-6339(2019)02-0166-04Bubble Dynamics of Non -uniform Wetting SurfaceSUN Yuan -zhi 1,WU Zhi -yu 1,ZHANG Wei 1,2,JIANG Jia -zong 1(1.School of Energy,Power and Mechanical Engineering,North China Electric Power University,Beijing 102206,China;2.Beijing Key Laboratory of Multiphase Flow and Heat Transferfor Low Grade Energy Utilization,Beijing 102206,China)Abstract :In order to explore the bubble dynamics on different wetting surfaces,the VOF model of FLU⁃ENT software is used to simulate the growth and detachment of bubbles on four different microstructures in this paper.The frequency,the growth rate,the volume and the highest point of bubbles are analyzed.The matching characteristics of different contact angles and the influence of microstructures on bubble dy⁃namics are obtained.The data analysis shows that the surface wetting characteristics outside the cavity play a leading role in the bubble detachment,while the influence of the geometric structures and the wet⁃tability of the inner surface of the cavity is relatively weak.Key words :bubble dynamics;wettability;microstructures;hydrophilicity;hydrophobicity收稿日期　2018-07-25 修订稿日期　2018-10-13基金项目:国家自然科学基金项目(51476057,51606065);中央高校基本科研业务专项资金(2018MS014,2018ZD02)作者简介:孙远志(1993~),男,硕士研究生,主要从事气液两相流模拟。