Simulation of Rising Bubble Dynamics

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

A direct numerical simulation of the rising of an initially quiescent air bubble in water without flow has been carried out. For comparison with the experiment, a complicated initial shape of the bubble, corresponding to the experimental one, was taken. The changes in the shape of the bubble during rising, obtained as the result of numerical simulation, are close to the experimental deformations of the bubble. For comparison with the results of numerical simulations available in the literature, we simulated rising bubble, which initially had a spherical shape. It was found that during rising, the shape of the bubble is first close to elliptical and oscillates, but then it becomes more complicated – a “tail” appears in the lower part of the bubble. This regime of the rising bubble dynamics is confirmed by the results of numerical simulation published in the literature.

About the authors

A. N. Zotova

Institute of Applied Physics RAS

Author for correspondence.
Email: aniazotova@yandex.ru
Russia, Nizhny Novgorod

A. A. Kandaurov

Institute of Applied Physics RAS

Email: aniazotova@yandex.ru
Russia, Nizhny Novgorod

Yu. I. Troitskaya

Institute of Applied Physics RAS

Email: aniazotova@yandex.ru
Russia, Nizhny Novgorod

D. A. Sergeev

Institute of Applied Physics RAS

Email: aniazotova@yandex.ru
Russia, Nizhny Novgorod

References

  1. Haberman W.L., Morton R.K. An Experimental Investigation of the Drag and Shape of Air Bubbles Rising in Various Liquids. Washington (DC): David Taylor Model Basin, 1953.
  2. Tagawa Y., Takagi S., Matsumoto Y. Surfactant effect on path instability of a rising bubble // J. Fluid Mech., 2014, vol. 738, pp. 124–142.
  3. Bunner B., Tryggvason G. Direct numerical simulations of three-dimensional bubbly flows // Phys. Fluids, 1999, vol. 11, pp. 1967–1969.
  4. Lu J., Tryggvason G. Effect of bubble deformability in turbulent bubbly upflow in a vertical channel // Phys. Fluids, 2008, vol. 20, pp. 040701.
  5. Sussman M., Puckett E.G. A coupled level set and volume-of-fluid method for computing 3D and axisymmetric incompressible two-phase flows // J. Comput. Phys., 2000, vol. 162, pp. 301–337.
  6. Shin S., Juric D. Modeling three-dimensional multiphase flow using a level contour reconstruction method for front tracking without connectivity // J. Comput. Phys., 2002, vol. 180, pp. 427–470.
  7. Hua J., Stene J.F., Lin P. Numerical simulation of 3D bubbles rising in viscous liquids using a front tracking method // J. Comput. Phys., 2008, vol. 227, pp. 3358–3382.
  8. Pivello M., Villar M. Serfaty R. et al. A fully adaptive front tracking method for the simulation of two phase flows // Int. J. Multiphase Flow, 2014, vol. 58, pp. 72–82.
  9. Tripathi M.K., Sahu K.C., Govindarajan R. Dynamics of an initially spherical bubble rising in quiescent liquid // Nature Commun., 2015, vol. 6, no. 1, pp. 1–9.
  10. Bonometti T., Magnaudet J., Gardin P. On the dispersion of solid particles in a liquid agitated by a bubble swarm // Metall Mater Trans. B, 2007, vol. 38, pp. 739–750.
  11. Roghair I., Van Sint Annaland M., Kuipers H.J.A.M. Drag force and clustering in bubble swarms // AIChE J., 2013, vol. 59, iss. 5, pp. 1791–1800.
  12. Roghair I., Sint Annaland M., Kuipers H.J. Drag force and clustering in bubble swarms // AIChE J., 2013, vol. 59, pp. 1791–1800.
  13. Magnaudet J., Mougin G. Wake instability of a fixed spheroidal bubble // J. Fluid Mech., 2007, vol. 572, pp. 311–337.
  14. Shew W.L., Pinton J. Dynamical model of bubble path instability // Phys. Rev. Lett., 2006, vol. 97, pp. 144508.
  15. Wichterle K., Vecer M., Ruzicka M.C. Asymmetric deformation of bubble shape: cause or effect of vortex-shedding? // Chem. Papers, 2014, vol. 68, pp. 74–79.
  16. Popinet S. The Basilisk code: http://basilisk.fr
  17. Popinet S. An accurate adaptive solver for surface-tension-driven interfacial flows // J. Comput. Phys., 2009, vol. 228 (16), pp. 5838–5866.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2.

Download (676KB)
3.

Download (20KB)
4.

Download (124KB)
5.

Download (1MB)
6.

Download (356KB)
7.

Download (719KB)

Copyright (c) 2023 А.Н. Зотова, А.А. Кандауров, Ю.И. Троицкая, Д.А. Сергеев

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».