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。

这项研究的目的是开发测量技术，以阐明泡沫的精细，不稳定的行为和宏观特性，例如构成泡沫的液体膜的几何结构和运动。在2022年，使用直到上一年生产的实验设备进行了全面的实验，使用参数，例如流入测试部分和初始液体水平的泡沫的流量，以及流动状态中泡沫的详细可视化以及同时测量压力损失的数据。总结了一系列实验的结果，发现流入泡沫的流速越大，构成泡沫的液体膜的厚度就越大。还发现，水性表面活性剂溶液表面与流出表面之间的距离越大，泡沫以干燥状态流出越多。在这项研究中，使用文丘里管将微泡吹入储罐中，并通过自发结合微泡产生泡沫，但是可视化表明，生成的气泡的气泡直径在几毫米尺度上具有亚毫米计的分布。观察到同时压力损失的趋势，具体取决于它们是在泡沫干燥状态还是潮湿状态下。尽管压力与湿泡沫的流速成正比，但在干泡沫的高流速下，压力损失似乎没有显着变化。这被认为是由于形成泡沫和几何结构的液体膜的厚度。通过控制诸如泡沫流量和初始液体水平之类的参数，已经证明可以主动控制泡沫的干/湿状态和组成泡沫的气泡的平均大小。