Coalescence of Growing Bubbles in Highly Viscous Liquids
Coalescence of Growing Bubbles in Highly Viscous Liquids
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高粘性液体中不断生长的气泡的聚结
DOI：
10.1029/2022gc010618
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发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Toramaru Atsushi
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Ohashi Masatoshi;Maruishi Takafumi;Toramaru Atsushi
上升岩浆中的气泡聚合是控制火山喷发猛烈程度和火山喷发碎屑结构的关键过程。在本研究中，我们进行了现场实验，以研究两个生长气泡在高粘度液体中的合并(102和1,020ppa⋅S)。一种新的实验装置使我们能够从三维上直接观察薄膜在生长气泡之间的排水。我们结合实验结果和简单的标度分析，揭示了毛细管数与液体粘度η、气泡生长速率和表面张力σ的关系。毛细管数表示气泡生长产生的粘性力和毛细管力之间的相互作用。ATCA≪：1，两个相邻的气泡保持其球形，直到薄膜破裂，毛细管力控制着排水时间刻度。相比之下，atca≫认为，气泡在很大程度上会变平，气泡增长本身就会推动薄膜排水。我们还提供了大范围毛细管数(10−3<；Ca<；101.)的引流时间标度的一般公式。我们的结果强调了气泡生长在合并过程中的重要性。减压过程中气泡形状和数密度的变化可以用毛细管数来解释。
Bubble coalescence in ascending magma is a key process that controls the eruption violence and the texture of volcanic pyroclasts. In the present study, we performed in situ experiments to investigate the coalescence of two growing bubbles in highly viscous liquids (102 and 1,020 Pa ⋅ s). A new experimental apparatus enables us to directly observe the drainage of the film between growing bubbles in three dimensions. We combined the experimental results and a simple scaling analysis to reveal the dynamics of film drainage in terms of a capillary number depending on the liquid viscosityη, the bubble growth rate , and the surface tensionσ. The capillary number represents the interplay between the viscous force arising from bubble growth and the capillary force. AtCa≪ 1, two adjacent bubbles retain their spherical shapes until the film ruptures, and the capillary forces control the drainage timescale. In contrast, atCa≫ 1, bubbles largely flatten and bubble growth itself drives film drainage. We also provide a general formula for the drainage timescale over a wide range of capillary numbers (10−3<Ca< 101). Our results highlight the importance of bubble growth in the coalescence process. The variations of bubble shape and number density during decompression can be explained by the capillary number.
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