气泡的运动是研究气液两相的基本问题,气泡的运动行为和状态与操作条件、液体性质、通气形式等有密切关系,如果能够可视化测量出气液两相流场中气泡的特征参数及运动状态,对于化学工业中的相关领域的设计研究具有重要意义。本文设计并建立了用于研究两相流中气泡上升特性的高速摄像实验装置,并利用该装置获得了不同工况下气泡运动图像,为课题的顺利开展提供了充足的实验数据。研究了适用于气泡图像的数字图像处理算法:采用减影算法、小波算法和中值滤波对图像进行图像去噪处理;对比各种图像二值化方法,最终采用类间最大方差法实现图像二值化;重点介绍了两种新的填充方法,即传染算法及其改进算法,实现了气泡图像的良好填充;研究了适用于低气泡分离频率下的高速图像中气泡的匹配方法;实现了气泡特征参数(如面积、周长、当量直径、畸变因数、速度、加速度等)的提取。实现了实验图像的数字化处理,获得了气泡的特征参数,以及上升气泡的运动轨迹和速度、加速度曲线,并对实验现象进行了分析总结。实验结果表明:低分离频率时,气泡的大小主要受气孔直径的影响,气孔直径越大则气泡尺寸越大,气泡螺旋上升,运动在二维平面上呈“S”形;上升气泡的垂直方向的速度和加速度的大小与气泡的分离频率密切相关,都有在小范围内振动,大范围内稳定的特性;加速度受气泡受力面积不断变化的影响而正负不一;气泡的上升过程是一个趋于稳定的过程。对低分离频率下的上升气泡的体积进行初步计算,提出了两种计算方法:几何算法和受力分析法。其中,几何算法是基于气泡的形状,构造一个椭球体,计算椭球体的体积;基于受力分析的气泡体积计算方法是通过分析气泡在垂直方向上的受力,结合图像中气泡的特征参数,推导出气泡体积的计算公式。并将两种计算方法所得的体积进行了对比,分析了其适用情况。