海底井喷溢油是典型的油气混合物形成的复杂多相浮射流,研究气泡羽流的内部结构和发展规律有助于了解海底井喷溢油的水下过程。为了准确获知气泡羽流内部结构及其中物质的输移扩散规律,在实验室环境条件下设计了一套多相浮射流发生装置用于模拟羽流过程,应用PIV技术测量连续相的速度,针对含气率较高时气泡图像重叠和气泡形状复杂等问题,对气泡图像进一步处理,得到气泡的速度分布、体积分布。实验研究在长0.5m、宽0.5m、高0.5m的小型玻璃水箱中进行,空气泵将空气均匀地泵入发生装置,由阀门和气体流量计控制气体流量,用不同孔径的针孔控制气泡大小,产生不同初始条件的气泡羽流。气泡羽流的测量采用三波长分光方案,532nm的荧光示踪粒子在激光作用下发出570-590nm的荧光,该荧光经分光器反射和580nm窄带滤镜,在高速相机1号中获得示踪粒子图像,通过PIV软件获得连续相的速度场信息;以波长620nm的红光阵列LED为背光光源,经由分光器在高速相机2号中获得离散相气泡的背光阴影图像,对该图像进行特殊处理完成对离散相运动特征提取。气泡阴影图像处理方法能够实现气泡的分离、定位和速度等特征的提取。对阴影图像进行预处理,通过滤波消除背景的干扰,根据自适应阈值对图像二值化处理,依据形态特征将阴影图像分成独立目标和重叠目标,分别计算每个独立目标的质心,得到独立目标的质心信息和形态信息,计算重叠目标边缘点的曲率,根据曲率变化极值点分割成几个分离目标,分别计算每个分离目标的质心,得到分离目标的质心信息和形态信息。将独立目标和分离目标的质心及形态信息合并得到所有目标的质心及形态信息,根据相邻两帧图像的离散相目标的质心,采用改进的PTV算法可以得到离散相的速度分布;根据所有目标的形态信息可以得到离散相的体积分布。结合背光阴影图像和示踪粒子图像分析,可以同时获得连续相的速度以及离散相的形态和速度。实验表明,该实验测量和图像处理方法能够同时获得连续相和离散相的运动特征和体积分布,可以很好地用于气泡羽流的实验研究。