《表1 液相物性参数：静止液态金属中气泡上升过程实验研究》

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《静止液态金属中气泡上升过程实验研究》

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实验主体装置为1个小型长方体容器，该容器由丙烯酸玻璃制成，宽度（W）为86 mm，厚度（D）为12 mm，高度（Hc）为144 mm。实验过程中根据液面高度（H）的需求在容器内注入129 mm的液态金属Ga67In20.5Sn12.5，容器内液相的实际高宽比为1.5。在常温下Ga67In20.5Sn12.5为液态，其主要的物性参数如表1所示[16]。从表1可知：其密度、表面张力和动力黏度分别是常温下水的6.37，7.36和2.1倍。实验时采用氩气作为气相，并通过位于容器底面中心位置的医用注射针（外径为1.1 mm、内径为0.785 mm）注入到液态金属中，气泡在注射针的顶部生成、长大并脱离，随后进入液态金属中作浮升运动。气体流量通过质量流量控制器进行测量和控制。由于液态金属Ga In Sn不透明，所以，无法直接利用高速摄影技术对气泡进行拍摄并获取其特征参数。本研究借助X射线显影技术并结合高速摄影对气泡的运动过程进行成像和可视化。图1所示为实验装置及成像系统的示意图[15]。X射线束通过高功率X射线源（ISOVOLT 450M1/23-55，GE Co.，US）朝容器表面发射，一部分射线束在穿透容器壁面和液态金属后被吸收，未被吸收的射线继续入射到闪烁屏上，闪烁屏将吸收的射线按射线强弱转换为可见光，可见光由后续的高速摄影系统进行成像并输出到电子计算机中。成像系统由镜头系统（TSO，Thalheim-Spezial-Optik Co.，Germany）和高速摄影仪（Pco.edge，Pco Co.，Germany）组成，成像速度为69帧/s，曝光时间为3 ms。在实验过程中，保持实验室的温度恒定，通过实验前、实验中和实验后对液相温度进行测量，发现其始终保持在（25±0.5）℃。