自由界面处气泡破裂引起的射流现象广泛存在于生产生活中,如蒸汽发生器的液滴夹带、起泡酒香味的扩散等,因此实现射流液滴的可控十分必要。目前关于气泡射流的研究,主要集中在高液位下气泡运动到在自由界面破裂的情形,对于低液位下气泡脱离孔口前破裂产生射流现象的研究较少。因此,本文聚焦上述受限条件下气泡破裂射流产生的条件、机理解释以及特性表征。本文搭建可视化实验台,利用高速相机拍摄气泡在不同液位高度H、孔径d以及进气体积流量0下破裂产生射流的现象。液位高度的变化范围在0.5～12.0mm;孔径变化范围0.15～1.20 mm;进气流量选取2.5～20.0 mL/min。为了记录气泡生长及射流的完整实验现象,高速相机放置在多个倾角下进行拍摄,频率调整为4000 fps。实验结果表明:(1)气泡破裂能否产生射流液滴与液位高度及孔径密切相关,与进气流量无明显关系。(2)在同一孔径及进气流量下,随着液位高度的增加,气泡破裂依次经过不产生射流液滴、产生稳定射流液滴以及可能产生射流液滴三个区域,出现明显的分区行为。(3)对于同一液位高度及进气流量,孔径越小越容易产生射流液滴。(4)进气流量不影响气泡射流的产生,只影响气泡产生的频率。为了揭示液位高度及孔径对射流的影响机制,高速相机拍摄频率升高到10000 fps,聚焦液面下气泡形态及毛细波的变化,建立了依赖于气泡形状参数及空腔深度的毛细波衰减模型。分析结果表明:在同一液位高度下,孔径较小时气泡呈现瘦高型,空腔深度占比大,毛细波振幅衰减更完全,产生的射流速度快且形态细,易产生液滴;在同一孔径下,液位高度较小时气泡呈现矮胖型,空腔深度占比小,毛细波振幅衰减不完全,产生的射流速度慢,不易产生液滴。模型分析与实验结果吻合。在工业应用中,不仅要关注气泡射流的发生条件,还要关注射流液滴的粒径分布,如射流液滴的粒径影响气液分离器的分离效率。本文统计不同工况下的射流液滴粒径,发现受限条件下射流液滴粒径呈单峰分布。随着液位高度以及小孔孔径的增加,射流液滴平均粒径也增加;而进气流量对射流液滴粒径分布无明显影响。射流断裂产生液滴的方式有两种:(1)液滴从射流顶部依次撕裂;(2)液滴先从射流顶部断裂,随后剩余的水柱从射流底部整体断裂,而后继续断裂形成多个液滴。由于射流液滴的形成方式不同,粒径分布存在差异:方式一产生的射流液滴粒径分布较集中,方式二产生的射流液滴粒径分布较分散。