1、研究背景

   水處理領域，電絮凝技術因其操作簡便、無二次污染、高效低成本的特點在水處理、河道清淤領域成為研究熱點。但氣泡運動與流場擾動對絮凝效果的影響機制尚缺乏系統性研究。

   近期，青海大學與清華大學聯合研究團隊，開展了一項基于粒子圖像測速（PIV）技術的實驗研究，揭示了電絮凝過程中氣泡動力學行為與流場演化的耦合規律。

   2、實驗平臺

   由中科君達視界自研的千眼狼3D3C PIV系統與絮凝系統組成。

   1. 粒子圖像測速（PIV）系統：千眼狼PIV高速攝像機×4臺，分辨率2560×1920，幀率2000 fps, PIV跨幀時間300 ns，用于捕捉氣泡瞬態運動。脈沖激光器，能量30 mJ,頻率1 kHz，用于垂直照射實驗觀測區域，清晰成像示蹤粒子。同步控制器，用于協調高速攝像機與激光器的時序，詳見圖1。

圖1 千眼狼PIV系統

   2. 電絮凝系統：絮凝池，尺寸180 mm×110 mm×130 mm，鋁制電極板，間距40 mm，可調直流電源0~30 A。

   3、實驗過程

   1. 實驗設計

   1.1 實驗溶液由1.3 L的純凈水與1.3 g的NaCI配置而成，溶液溫度為環境溫度（20°C）。實驗中，泥沙樣本取自黃河上游，經清洗、烘干后，取2.6 g的泥沙顆粒加入到實驗溶液中，溶液泥沙濃度為2 g/L，攪拌均勻后放置60 s開始實驗。

   1.2 設置9組電流密度（10~50 A/m²，步長5 A/ m²），模擬不同工況的電絮凝過程。

   2. 數據采集

   2.1 設置激光脈沖頻率為200 Hz, A、B兩路激光強度設置為10 A，調節導光臂使激光照射面與相機觀測面平行，調節焦距使得相機畫面聚焦在激光照射面。

   2.2 采用PIV系統連續觀測9種不同電流密度下氣泡運動，共采集5500幀圖像數據，結果顯示，隨著電流密度增加，電極表面氣泡生成速率提升，氣泡分布從溶液表層向深層擴展，詳見圖2。

圖2 9組電流密度下電解15s時氣泡影像

   2.3 PIV流場計算與可視化研究，基于互相關算法，通過快速傅里葉變換FFT計算窗口內粒子平均位移及速度。進一步采用千眼狼RFlow4流場測量軟件，基于Ω準則計算流場中的渦結構分布，以Ω=0.52識別旋渦邊界，繪制渦量云圖，精確量化渦旋數量與強度分布，詳見圖3。

圖3 9組電流密度下Omega分布云圖

   4、實驗結論

   實驗測得不同電流密度下泥沙粒徑及溶液濁度變化。在電流密度為40 A/m²時，D/V（平均粒徑與平均速度之比）達到最大，去除效率最高，表明此條件下絮團形成和穩定性最佳。氣浮夾帶和絮凝沉降是影響濁度減小的主要因素，分界粒徑為37.2 μm。小于該粒徑的泥沙顆粒主要通過氣浮夾帶去除，大于該粒徑的顆粒則主要通過絮凝沉降去除。

   5、結語

   中科君達視界自研的千眼狼PIV系統的高速連續觀測能力和粒子圖像處理能力為深入研究電絮凝過程提供可視化數據支持。通過精準捕捉氣泡運動原始圖像到處理呈現渦量云圖，為優化電絮凝效果提供了科學依據，可助力解決復雜流場問題，推動環保、化工等領域技術創新。