2026年10月30日至11月1日，中国工程热物理学会多相流学术会议在南京举行，千眼狼（Revealer）携高速摄像机和PIV测量系统参会。会议有关气液两相流、多相流实验测量和传热传质的议题，涉及同一个实验问题：如何把界面运动与周围流体的运动对应起来？

图1-中国工程热物理学会多相流学术会议开幕式现场。

粒子图像测速（PIV）根据已知帧间隔内的示踪粒子图像位移计算速度。面对气泡、油水界面或悬浮颗粒，读图时要先确认被测相和测量平面，再看速度矢量、流线或等值线能支持哪一项判断。本文将结合气泡周围排流、水油界面流动和声电耦合流动等典型研究探讨PIV系统如何用实测速度场解释现象。

一、气液两相流：PIV揭示气泡接近超亲气表面时的排流

大会中的“曝气两相流液相流场黏度效应的PIV研究”和“气液两相流湍流及传质的测量”，都把气泡周围液体的运动作为观测对象：上升气泡接近超亲气表面后，有时反弹、有时被捕获，要解释这种差异，需要知道气泡与表面之间的水如何排出，以及表面几何怎样改变附近的流场。

气泡轮廓可以用来判定接近、变形和捕获的时序，轮廓位移却不能代替周围液体的速度。Yue Hu等在捕获实验中用千眼狼（Revealer）X190高速摄像机以9000 fps记录单泡行为；在另一组液膜排流实验中，将聚酰胺粒子加入水中，以激光片光照明观测截面，用同型号相机以4000 fps采集粒子图像，再用PIV后处理计算液相速度场。两组实验分别提供界面时序与液相流动信息[1]。

图2对比相同气泡尺度下的三个工况：无量纲气泡等效直径D₀/L均为3.0（L为微锥间距），微锥高度与底面半径之比b/a分别为0.3、1.7和3.5。与0.3相比，3.5工况下气泡下方的流速更高，侧涡环和尾涡对应的截面流动更明显。结合气层形变和捕获影像，研究据此解释了微锥几何如何促进液体排出、使液膜更快变薄。实验在特定微锥表面测得约1.5 ms的平均捕获时间，速度图提供的是排流路径的证据，捕获时刻则由高速影像判读。

图2-相同无量纲气泡等效直径下，不同微锥几何条件的液相PIV流线。

气泡案例关注单个移动界面附近的排流。当第二液相覆盖容器上部，还需把界面附近的速度与容器出口的响应联系起来。

二、液液两相流：油层改变中间包液面下方的输运路径

大会有关非稳态温度场下油水体系界面传质的报告把油水界面附近的流动与传输过程联系起来。Wang等分别用水和硅油模拟钢液和渣层，在无油层和覆盖硅油两种条件下做对照[2]。墨水示踪图像可直观显示示踪剂在中间包内的输运路径。根据出口处氯化钾示踪剂浓度随时间的变化，可获得停留时间分布（RTD）曲线。为确定覆盖油层后液面下方哪些区域的流向发生变化，研究进一步采用 PIV 测量局部水相速度矢量。

图3显示，沿水平方向约200～400 mm的区间，无油层工况下液体主要向上运动；覆盖硅油后，同一区间以下降流和朝向右侧壁面的水平流为主。墨水影像也显示，有油层时示踪物更倾向于沿底部向出口输运。独立的出口盐水示踪实验中，浓度峰值时间由215 s提前到153 s，但平均停留时间由521.33 s变为527.31 s。把三类证据放在一起，可以区分局部流动转向、示踪剂较早出流和整体停留时间。

图3-中间包水模型液面下方同一分析区的平均水相速度矢量：（a）无油层；（b）覆盖硅油。

三、声电耦合多相流：把絮凝槽速度场与粒径变化对照

会议中的“基于可视化测量的电解制氢多尺度气泡过程强化”关注电解产生的气泡及其输运。电絮凝虽是不同工艺，但也存在可类比的测量难题：电极析气、超声扰动和悬浮颗粒同时存在时，只凭最终沉降结果，很难分辨外场改变了哪里、以何种强度扰动流体。

Liu等在超声辅助电絮凝装置上用同步控制器协调片光照明和高速相机采集，再通过PIV流场测量软件RFlow4处理Revealer PIV高速摄像机记录的图像。在同一观测区域比较单独声场、单独电场与两者耦合的速度图，可以区分速度增大的区域及其与外场组合的关系。研究另外用粒度仪记录颗粒尺寸变化，检验流动增强是否伴随絮体持续长大。

图4给出了实验进行至900 s时八种工况的速度分布。在电流密度同为40 A/m²时，77 kHz耦合工况的高速度区域比28 kHz工况更明显；粒度数据给出了另一项对照：28 kHz工况的平均粒径从15 min时的18.89 μm增至30 min时的60.98 μm，77 kHz工况则由27.22 μm缓慢回升至43.29 μm。结合速度和粒度两项测量，研究将77 kHz工况下絮体生长受限与过强的流动扰动联系起来。由此可见，筛选声电耦合参数时，PIV可定位并量化流动扰动。

图4-八种外场工况在900 s时的PIV速度分布。

四、结语

多相流实验重点关注局部流动如何影响界面演化与输运。解释气泡为什么被捕获、覆盖层如何改变示踪物的输运路径，以及声电扰动如何影响絮体生长，都需要对照相应工况下的局部流动。

高速摄像机和 PIV 测量系统提供了建立这种联系所需的两类数据。以气泡捕获为例，高速影像可以判定气泡何时变形、何时被捕获，PIV 则量化气泡周围液相的速度分布，显示液体的排出方向及附近的涡结构。比较不同微结构下的影像和速度场，可以检验捕获加快是否与排流增强相伴。

这两类数据同样可用于验证界面动力学模型。在同一工况下，分别将模型预测与实测的界面演化时序、液相速度分布对照，可以检验模型能否同时再现界面响应和周围流动。

参考文献

[1] Understanding ultrafast free-rising bubble capturing on nano/micro-structured super-aerophilic surfaces. Nature Communications, 2025, 16: 3682. DOI: 10.1038/s41467-025-59049-x

[2] Impact of slag layer on macroscopic flow inside tundish and velocity near slag-steel interface 2024，24(9)：1058–1069. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224058

[3]Flow field regulation and sediment particle flocculation mechanisms in ultrasound-assisted electrocoagulation intervention. Ultrasonics Sonochemistry, 2025, 121: 107558. DOI: 10.1016/j.ultsonch.2025.107558