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

• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K20420/
• 关键词: 泡沫; 気泡; 界面活性剤; ソフトマター; 混相流; 可視化; 計測; 光ファイバプローブ; マイクロバブル; 液膜

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。

は の purpose, this study bubble を constitute す る liquid membrane の geometry structure や そ の mobile と い っ た, with fine foam の か つ unsteady な 挙 dynamic や macroscope properties を Ming ら か に す る た め の measuring technology を open 発 す る こ と で あ る. Before 2022 に お い て は, annual ま で に making し た be 験 device を い, テ ス ト department へ inflows さ せ る bubble の flow early や level を パ ラ メ ー タ と し た be 験 を including に be し, flow state に あ る bubble の detailed visual お よ び の pressure loss at the same time measuring デ ー タ company, filling を 図 っ た. Results for の be 験 を finishing し た と こ ろ, inflow さ せ る bubble の flow が big き く な る ほ ど, bubble を constitute す る thick liquid membrane の さ が qualitative に raised and す る こ と が わ か っ た. ま た, interfacial activity の aqueous liquid surface と outflow surface と の が distance き く な る ほ ど, ド ラ イ な state で bubble flow が さ せ ら れ る こ と が わ か っ た. This study で は, ベ ン チ ュ リ tube を with い て マ イ ク ロ バ ブ ル を groove に blow き 込 み, マ イ ク ロ バ ブ ル with James の since one 発 な に よ り bubble を generated さ せ て い る が, visualization の results, generate さ れ た bubble の 気 bubble diameter は サ ブ ミ リ か ら number ミ リ ス ケ ー ル の distribution を have し て い る こ と が わ か っ た. The foam is in a state of ドラ, ある, ある, ウェットな, にある, によって, and at the same time, the された pressure loss <s:1> tends to be に contrary to がみられた がみられた. ウ ェ ッ ト state の bubble に つ い て は, traffic に proportion し た pressure の raised plus が see ら れ た side で, ド ラ イ state の bubble に つ い て は high flow に お い て, large pressure loss が き く variations change し な い others see son が ら れ た. <s:1> れ, foam を constitutes する liquid film <s:1> thick みや, geometric structure <s:1> affects と examination えられる. Early bubble flow の や level と い っ た パ ラ メ ー タ を suppression す る こ と に よ り, bubble の ド ラ イ / ウ ェ ッ ト や, bubble を constitute す る 気 bubble の average な サ イ ズ を motile に suppression で き る possibility が shown さ れ た.

项目成果

省エネだけじゃない！熱交換促進がブレイクする革新技術

这不仅仅是节能！

• 发表时间: 2022
• 作者: 齋藤慎平;馬場宗明;高田尚樹;染矢聡
• 通讯作者: 染矢聡

Visualization and measurement of foam flowing between two-dimensional narrow parallel plates

二维窄平行板之间泡沫流动的可视化和测量

• 发表时间: 2023
• 作者: S. Saito;S. Baba;N. Takada;S. Someya;H. Ito
• 通讯作者: H. Ito

齋藤慎平, 馬場宗明, 高田尚樹, 染矢聡, 伊藤博

齐藤新平、马场宗明、高田直树、染谷聪、伊藤博

• 发表时间: 2022
• 作者: 藤本 博貴;小林 拓真;染谷 満;岡本 光央;志村 考功;渡部 平司;平板間を流動する2次元泡沫の可視化計測
• 通讯作者: 平板間を流動する2次元泡沫の可視化計測

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産総研 省エネルギー研究部門 熱流体システムグループ

产业技术研究院节能研究部热流体系统组