1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Известия РАН. Механика жидкости и газа
  4. № 3, 2023

Известия РАН. Механика жидкости и газа, 2023, № 3, стр. 83-93

ВЛИЯНИЕ НАЧАЛЬНОЙ ФОРМЫ ПУЗЫРЬКА НА ДИНАМИКУ ВСПЛЫТИЯ В НЕПОДВИЖНОЙ ВЯЗКОЙ ЖИДКОСТИ

И. В. Моренко *

Институт механики и машиностроения ФИЦ Казанский научный центр РАН
Казань, Россия

* E-mail: morenko@imm.knc.ru

Поступила в редакцию 28.11.2022
После доработки 19.12.2022
Принята к публикации 19.12.2022

Аннотация

Исследовано влияние формы одиночного пузырька в начальный момент времени на динамику всплытия в вязкой покоящейся жидкости. Рассматриваются пузырьки эллиптической формы с разным коэффициентом сжатия. Математическое моделирование процесса базируется на методе объема жидкости, который позволяет отслеживать эволюцию межфазной границы. Результаты расчета тестовых задач согласуются с данными других авторов, описанными в литературе. Получены формы межфазной поверхности, поля скорости, завихренности в процессе всплытия пузырьков в поле силы тяжести при числе Рейнольдса Re = 35, числах Бонда Bo = 10, 125. Основное внимание уделено режиму нестационарного движения. Показано, что скорость всплытия пузырька имеет один или два локальных максимума в зависимости от свойств сред. Установлено, что пузырьки, в начальный момент времени вытянутые вертикально, всплывают быстрее, чем вытянутые горизонтально.

Ключевые слова: всплытие пузырька, деформация формы, скорость всплытия, математическое моделирование

Список литературы

  1. Архипов В.А., Васенин И.М., Ткаченко А.С., Усанина А.С. О нестационарном всплытии пузырька в вязкой жидкости при малых числах Рейнольдса // Изв. РАН. МЖГ. 2015. № 1. С. 88–94.

  2. Hua J. CFD simulations of the effects of small dispersed bubbles on the rising of a single large bubble in 2D vertical channels // Chem. Eng. Sci. 2015. № 123. P. 99–115.

  3. Козелков А.С., Куркин А.А., Курулин В.В., Лашкин С.В., Тарасова Н.В., Тятюшкина Е.С. Численное моделирование свободного всплытия пузырька воздуха // Изв. РАН. МЖГ. 2016. № 6. С. 3–14.

  4. Лабунцов Д.А., Ягов В.В. Механика двухфазных систем: Учебное пособие для вузов. М.: Издательство МЭИ, 2000. 374 с.

  5. Clift R., Grase J.R., Weber M.E. Bubbles, drops and particles. New York: Acad. Press, 1978. 398 p.

  6. Архипов В.А., Васенин И.М., Усанина А.С. Анализ механизма потери устойчивости одиночного пузырька при малых значениях числа Рейнольдса // ПМТФ. 2011. Т. 52. № 3. С. 51–59.

  7. Zahedi P., Saleh R., Moreno-Atanasio R., Yousefi K. Influence of fluid properties on bubble formation, detachment, rising and collapse. Investigation using volume of fluid method // Korean J. Chem. Eng. 2014. V. 31. № 8. P. 1349–1361.

  8. Siriano S., Balcázar N., Tassone A., Rigola J., Caruso G. Numerical Simulation of High-Density Ratio Bubble Motion with interIsoFoam // Fluids. 2022. V. 7. № 152. P. 1–22.

  9. Прибатурин Н.А., Меледин В.Г. Многоиформационная методика для экспериментального изучения двухфазных пузырьковых течений // Eurasian Phys. Tech. J. 2013. V. 10. № 2 (20). С. 288–292.

  10. Cano-Lozano J.C., Martinez-Bazan C. Paths and wakes of deformable nearly spheroidal rising bubbles close to the transition to path instability // Physical review fluids. 2016. V. 1, 053604 P. 1–30.

  11. Vries A.W.G., Biesheuvel A., Wijngaarden L. Notes on the path and wake of a gas bubble rising in pure water // Int. J. Multiph. Flow. 2002. № 28. P. 1823–1835.

  12. Davies R.M., Taylor G.I. The mechanics of large bubbles rising through liquids in tubes // Proc. of Roy. Soc. London. 1950. V. 200. Ser. A. P. 375–390.

  13. Козелков А.С., Ефремов В.Р., Дмитриев С.М., Куркин А.А., Пелиновский Е.Н., Тарасова Н.В., Стрелец Д.Ю. Исследование особенностей всплытия пузырьков воздуха и твердых сфер // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2018. Т. 11. № 4. С. 73–80.

  14. Baz-Rodríguez S., Aguilar-Corona A., Soria A. Rising velocity for single bubbles in pure liquids // Rev Mex Ing Quim. 2012. V. 11. № 2. P. 269–278.

  15. Heydari N., Larachi F., Taghavi S.M., Bertrand F. Three-dimensional analysis of the rising dynamics of individual ellipsoidal bubbles in an inclined column // Chem. Eng. Sci. 2022. V. 258. 117759.

  16. Архипов В.А., Васенин И.М., Усанина А.С. Динамика всплытия пузырька в присутствии поверхностно-активных веществ // Изв. РАН. МЖГ. 2016. № 2. С. 142–151.

  17. Архипов В.А., Усанина А.С., Басалаев С.А., Каличкина Л.Е., Мальков В.С. Динамика всплытия кластера пузырьков в присутствии поверхностно-активного вещества // Изв. РАН. МЖГ. 2020. № 1. С. 104–112.

  18. Hirt C.W., Nichols B.D. Volume of fluid (VOF) method for the dynamics of free boundaries // J. Computational Physics. 1981. V. 39. № 1. P. 201–225.

  19. Martin J.C., Moyce W.J. An experimental study of the collapse of liquid columns on a rigid horizontal plane // Phil. Trans. Roy. Soc. London. 1952. V. 244. № 882. P. 312–324.

  20. Моренко И.В. Численное моделирование обрушения столба жидкости в резервуарах разной формы // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. 2019. № 60. С. 119–131.

  21. Morenko I.V. Numerical simulation of the propagation of pressure waves in water during the collapse of a spherical air cavity // Ocean Eng. 2020. V. 215. 107905. P. 1–9.

  22. Моренко И.В. Численное моделирование имплозионного процесса в цилиндрическом резервуаре // ТВТ. 2019. Т. 57. № 5. С. 755–763.

  23. Klostermann J., Schaake K., Schwarze R. Numerical simulation of a single rising bubble by VOF with surface compression // Int. J. Numer. Meth. Fluids. 2013. V. 71. P. 960–982.

  24. Hysing S., Turek S., Kuzmin D., Parolini N., Burman E., Ganesan S., Tobiska L. Quantitative benchmark computations of two-dimensional bubble dynamics // Int. J. Numer. Meth. Fluids. 2009. № 60. P. 1259–1288.

  25. Štrubelj L., Tiselj I., Mavko B. Simulations of free surface flows with implementation of surface tension and interface sharpening in the two-fluid model // Int. J. Heat Fluid Flow. 2009. № 30. P. 741–750.

  26. Чжан И., Лян Б., Ни Ц. Численное исследование подъема пузырька в вертикальном клинообразном канале модифицированным методом функции уровня // Изв. РАН. МЖГ. 2020. № 2. С. 99–110.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Известия РАН. Механика жидкости и газа

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал