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Development of measurement techniques for liquid-film dynamics during foam formation and collapse

泡沫形成和破裂过程中液膜动力学测量技术的开发

基本信息

批准号：
21K20420
负责人：
齋藤慎平
金额：
$ 2万
依托单位：
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-08-30 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究の目的は，泡沫を構成する液膜の幾何学構造やその移動といった，泡沫の微細かつ非定常な挙動や巨視的特性を明らかにするための計測技術を開発することである。2022年度においては，前年度までに製作した実験装置を用い，テスト部へ流入させる泡沫の流量や初期液位をパラメータとした実験を包括的に実施し，流動状態にある泡沫の詳細可視化および圧力損失の同時計測データ拡充を図った。一連の実験結果を整理したところ，流入させる泡沫の流量が大きくなるほど，泡沫を構成する液膜の厚さが定性的に増加することがわかった。また，界面活性剤水溶液の液面と流出面との距離が大きくなるほど，ドライな状態で泡沫が流出させられることがわかった。本研究では，ベンチュリ管を用いてマイクロバブルを槽内に吹き込み，マイクロバブル同士の自発的な合一により泡沫を生成させているが，可視化の結果，生成された泡沫の気泡径はサブミリから数ミリスケールの分布を有していることがわかった。泡沫ドライあるいはウェットな状態にあるかによって，同時計測された圧力損失の傾向に違いがみられた。ウェット状態の泡沫については，流量に比例した圧力の増加が見られた一方で，ドライ状態の泡沫については高流量において，圧力損失が大きく変化しない様子が見られた。これは，泡沫を構成する液膜の厚みや，幾何学構造の影響と考えられる。泡沫の流量や初期液位といったパラメータを制御することにより，泡沫のドライ/ウェット状態や，泡沫を構成する気泡の平均的なサイズを能動的に制御できる可能性が示された。

The purpose of this study is to develop the geometrical structure and movement of liquid film in foam formation, and to explore the measurement techniques for the unsteady and macroscopic properties of foam. In 2022, the production and operation of the equipment in the previous year included detailed visualization of the foam flow and pressure loss and measurement of the foam charge. As a result, the flow rate of foam flowing into the tank increases, and the thickness of the liquid film increases qualitatively. The distance between the liquid surface and the outflow surface of the interfacial active agent aqueous solution is large, and the foam state is flowing out. In this study, the results of visualization of foam generation and bubble diameter distribution of foam generation were analyzed. The pressure loss tendency was measured simultaneously. The pressure loss increases in proportion to the flow rate. The pressure loss increases in proportion to the flow rate. The thickness of the liquid film and the influence of the geometric structure of the foam are examined. The foam flow rate, initial level and active control are shown in the following table: foam state, foam composition, average foam level and active control.