Influence of the Initial Shape of a Bubble on Bubble Rise Dynamics in a Stagnant Viscous Fluid

I. V. Morenko; Моренко И. В.

doi:10.31857/S1024708422600920

Influence of the Initial Shape of a Bubble on Bubble Rise Dynamics in a Stagnant Viscous Fluid

作者: Morenko I.V.¹
隶属关系:
1. Institute of Mechanics and Engineering, FRC Kazan Scientific Center, Russian Academy of Sciences
期: 编号 3 (2023)
页面: 83-93
栏目: Articles
URL: https://journals.rcsi.science/1024-7084/article/view/135088
DOI: https://doi.org/10.31857/S1024708422600920
EDN: https://elibrary.ru/TMUTLW
ID: 135088

如何引用文章

全文:

详细
作者简介
参考
补充文件
统计

详细

The effect of the shape of a single bubble at the initial instant on the bubble rising dynamics in a viscous fluid at rest is studied. Elliptical bubbles with various compression ratios are considered. Mathematical simulation of the process is based on the volume of fluid method, which makes it possible to trace the evolution of the interface. The results of calculations of test problems are in adequate agreement with the data of other authors available in the literature. The shapes of the interfacial surface and the velocity and vorticity fields in the process of bubbles rising in the gravity field are obtained at the Reynolds number Re = 35 and the Bond numbers Bo = 10 and 125. The main attention is paid to the regime of unsteady motion. It is shown that the bubble rise velocity has one or two local maxima depending on the properties of the media. It is found that bubbles initially elongated vertically rise more rapidly than those elongated horizontally.

关键词

bubble rising, shape deformation, rise velocity, mathematical simulation

作者简介

I. Morenko

Institute of Mechanics and Engineering, FRC Kazan Scientific Center, Russian Academy of Sciences

编辑信件的主要联系方式.
Email: morenko@imm.knc.ru
Kazan, Russia

参考

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.
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.
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.
Лабунцов Д.А., Ягов В.В. Механика двухфазных систем: Учебное пособие для вузов. М.: Издательство МЭИ, 2000. 374 с.
Clift R., Grase J.R., Weber M.E. Bubbles, drops and particles. New York: Acad. Press, 1978. 398 p.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Моренко И.В. Численное моделирование обрушения столба жидкости в резервуарах разной формы // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. 2019. № 60. С. 119–131.
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.
Моренко И.В. Численное моделирование имплозионного процесса в цилиндрическом резервуаре // ТВТ. 2019. Т. 57. № 5. С. 755–763.
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.
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.
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.
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.