Отправить статью по E-mail 
Структура потока при всплытии одиночного пузырька в жидкости с растворенным поверхностно-активным веществом
- Авторы: Борзенко Е.И.1, Усанина А.С.1
-
Учреждения:
- Национальный исследовательский Томский государственный университет
- Выпуск: Том 59, № 2 (2025)
- Страницы: 79-89
- Раздел: Статьи
- Статья опубликована: 15.04.2025
- URL: https://journals.rcsi.science/0040-3571/article/view/308933
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0040357125020073
- EDN: https://elibrary.ru/ndgnzb
- ID: 308933
Цитировать
Открытый доступ
Доступ предоставлен
Только для подписчиков
Аннотация
Представлены результаты математического моделирования нестационарной задачи всплытия газового пузырька в вязкой жидкости с растворенным в ней поверхностно-активным веществом (ПАВ). Постановка задачи записана с учетом эффектов адсорбции и десорбции ПАВ на межфазной границе и зависимости коэффициента поверхностного натяжения от концентрации по закону Ленгмюра. Численный алгоритм решения основан на оригинальной методике Лагранжа-Эйлера, позволяющей явно выделять свободную поверхность на дискретном уровне и реализовывать естественные граничные условия на ней. Изучен процесс установления стационарной скорости всплытия пузырька и выполнены параметрические исследования влияния объемной концентрации ПАВ и размера пузырька на стационарную скорость и структуру течения в его окрестности. Представлены распределения компонент вектора скорости и поверхностной концентрации вдоль межфазной границы, демонстрирующие влияние эффекта Марангони на процесс всплытия.
Об авторах
Е. И. Борзенко
Национальный исследовательский Томский государственный университет
Email: borzenko@ftf.tsu.ru
Томск, Россия
А. С. Усанина
Национальный исследовательский Томский государственный университетТомск, Россия
Список литературы
- Левич В.Г.Физико-химическая гидродинамика. М.: ГИФМЛ, 1959.
- Clift R., Grace J.R., Weber W.E.Bubbles, Drops, and Particles. New York: Academic Press, 1978.
- Farsoiya P.K., Popinet S., Stone H.A., Deike L.Coupled volume of fluid and phase field method for direct numerical simulation of insoluble surfactant-laden interfacial flows and application to rising bubbles // Phys. Rev. Fluids. 2024. № 9. Р. 094004.
- Fdhila R.B., Duineveld P.C.The effect of surfactant on the rise of a spherical bubble at high Reynolds and Peclet numbers // Phys. Fluids. 1996. V. 8. P. 310.
- Palaparthi R., Papageorgiou D.T., Maldarelli C.Theory and experiments on the stagnant cap regime in the motion of spherical surfactant-laden bubbles // J. Fluid. Mech. 2006. V. 559. P. 1.
- Kentheswaran K., Dietrich N., Tanguy S., Lalanne B.Direct numerical simulation of gas-liquid mass transfer around a spherical contaminated bubble in the stagnant-cap regime. 2022. V.198. Р. 123325.
- Takemura F.Adsorption of surfactants onto the surface of a spherical rising bubble and its effect on the terminal velocity of the bubble // Phys. Fluids. 2005. V. 17. 048104.
- Rubio A., Vega E.J., Cabezas M.G., Montanero J.M., Lopez-Herrera J.M., Herrada M.A.Bubble rising in the presence of a surfactant at very low concentrations // Phys. Fluids. 2024. V. 36. Р. 062112.
- Pang M., Jia M., Fei Y.Experimental study on effect of surfactant and solution property on bubble rising motion // J. Mol. Liq. 2023. V. 375. Р. 121390.
- Zhang B., Wang Z., Luo Y., Guo K., Zheng L.A mathematical model for single CO2bubble motion with mass transfer and surfactant adsorption/desorption in stagnant solutions // Separation and Purification Technology. 2023. V. 308. Р. 122888.
- Sokovnin O.M., Zagoskina N.V., Zagoskin S.N.Hydrodynamics of motion of spherical particles, drops, and bubbles in non-newtonian liquid: experimental studies // Theor. Found. Chem. Eng. 2013. V. 47. № 4. Р. 356.[Соковнин О.М., Загоскина Н.В., Загоскин С.Н.Гидродинамика движения сферических частиц, капель и пузырей в неньютоновской жидкости. Экспериментальные исследования// Теорет. основы хим. технологии. 2013. Т. 47. № 4. С. 422.]
- Scriven L.E.Dynamics of a fluid interface Equation of motion for Newtonian surface fluids// Chem. Eng. Sci. 1960. V. 12 № 2. P. 98.
- Stone H.A.A simple derivation of the time-dependent convective-diffusion equation for surfactant transport along a deforming interface // Phys. Fluids A: Fluid Dynamics. 1992. V. 2. P. 111.
- Manikantan H., Squires T.M.Surfactant dynamics: hidden variables controlling fluid flows // J. Fluid Mech. 2020. V. 892. P. 1.
- Borzenko E.I., Usanina A.S., Shrager G.R.Experimental and theoretical investigation of the effect of dissolved surfactant on the dynamics of gas bubble floating-up // Fluid Dynamics. 2024. Vol. 59. № 4. Р. 741.[Борзенко Е.И., Усанина А.С., Шрагер Г.Р.Экспериментально-теоретическое исследование влияние растворенного поверхностно-активного вещества на динамику всплытия газового пузырька // Изв. РАН. МЖГ. 2024. № 4. С. 108.]
- Hayashi K., Motoki Y., van der Linden M.J.A., Deen N.G., Hosokawa S., Tomiyama A.Single Contaminated Drops Falling through Stagnant Liquid at Low Reynolds Numbers // Fluids. 2022. V. 7. № 55. P. 1.
- Cuenot B., Magnaudet J., Spennato B.The effects of slightly soluble surfactants on the flow around a spherical bubble // J. Fluid Mech. 1997. V. 339. P. 25.
Дополнительные файлы
