مطالعه تجربی دینامیک رشد و جدایش حباب منفرد از مجرای زیرآبی در ستون مایع به روش انتشار آوایی غیرفعال

نوع مقاله : مقاله مستقل

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد، گروه تبدیل انرژی، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران.

2 استاد، گروه تبدیل انرژی، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران.

10.22044/jsfm.2022.10885.3416

چکیده

در پژوهش حاضر، دینامیک مرتبط با رشد و جدایش حباب منفرد به کمک دو روش تجربی انتشار آوایی غیرفعال و تصویربرداری با نرخ فریم بالا مورد مطالعه قرار گرفته است. همگام‌سازی تصویربرداری با داده‌برداری آکوستیک، قابلیت بالای روش‌های مبتنی بر انتشار آوایی را در مطالعه‌ی دینامیک رشد و جدایش حباب به اثبات رساند. بررسی‌ها نشان داد که بیشینه‌ی دامنه‌ی نوسانات در سری زمانی سیگنال انتشار آوایی، اندکی قبل از لحظه‌ی جدا شدن حباب از مجرا رخ می‌دهد و در این لحظه نرخ افزایشی حجم حباب در حال کند شدن می‌باشد. از روی فرکانس غالب موج انتشار آوایی که در همین زمان رخ می‌دهد، اندازه‌ی حباب تخمین زده شده است که براساس رابطه-ی مینائرت با ضرائب تصحیح، تنها 37/1 درصد با نتایج حاصل از پردازش تصویر اختلاف دارد. مطابق توالی تصاویر ثبت شده از مراحل رشد حباب، نسبت طول محورهای عمودی و افقی حباب همواره در طول زمان رشد حباب در حال تغییر است و حباب زمانی از مجرا جدا می‌شود که این نسبت به 1 نزدیک شود؛ هرچند در این لحظه به دلیل نیروهای فشاری، حباب شکل کروی ندارد.

کلیدواژه‌ها


[1]  Terasaka K, Tsuge H (1993) Bubble formation under constant-flow conditions. Chem Eng Sci 48(19): 3417-3422.
[2]  Martín M, Montes FJ, Galán MA (2006) Numerical calculation of shapes and detachment times of bubbles generated from a sieve plate. Chem Eng Sci 61(2): 363-369.
[3]  Duhar G, Colin C (2006) Dynamics of bubble growth and detachment in a viscous shear flow. Phys Fluids 18(7).
[4]  Zhang L, Shoji M (2001) Aperiodic bubble formation from a submerged orifice. Chem Eng Sci 56(18): 5371-5381.
[5]  Vazquez A, Leifer I, Sánchez RM (2010) Consideration of the dynamic forces during bubble growth in a capillary tube. Chem Eng Sci 65(13): 4046-4054.
[6]  Oguz HN, Prosperetti A (1993) Dynamics of Bubble Growth and Detachment from a Needle. J Fluid Mech 257: 111-145.
[7]  Mccann DJ, Princes RGH (1971) Regimes of bubbling at a submerged orifice. Chem Eng 26.
[8]  Minnaert M (1933) On musical air-bubbles and the sound of running water. Philos Mag 16(104): 235-248.
[9]  Plesset MS, Prosperetti A (1977) Bubble Dynamics and Cavitation. Annu Rev Fluid Mech 9(1): 145-185.
[10] Longuet-Higgins M, Kerman B, Lunde K (1991) The release of air bubbles from an underwater nozzle. J Fluid Mech 230: 365-390.
[11] Boyd JWR, Varley J (2001) The uses of passive measurement of acoustic emissions from chemical engineering processes. Chem Eng Sci 56(5): 1749-1767.
[12] Vazquez A, Sanchez RM, Salinas-Rodríguez E, Soria A, Manasseh R (2005) A look at three measurement techniques for bubble size determination. Exp Therm Fluid Sci 30(1): 49-57.
[13] Deane GB, Czerski H (2008) A mechanism stimulating sound production from air bubbles released from a nozzle. J Acoust Soc Am 123(6): EL126-EL132.
[14] Liu J, Wang W, Chu N, Wu D, Xu W (2018) Numerical simulations and experimental validation on passive acoustic emissions during bubble formation. Appl Acoust 130: 34-42.
[15] Huang G, Zhang M, Han L, Ma X, Huang B (2021) Physical investigation of acoustic waves induced by the oscillation and collapse of the single bubble. Ultrason Sonochem 72: 105440.
[16] Dehra H (2019) Acoustic Filters for Sensors and Transducers. Energy Procedia 158(2018): 4023-4030.
[17] Sam A, Gomez CO, Finch JA (1996) Axial velocity profiles of single bubbles in water/frother solutions. Int J Miner Process 47(3-4): 177-196.