Flow structure of bubbles in non-newtonian fluid bu visualization of unsteady stress field

非牛顿流体中气泡流动结构的非稳态应力场可视化

• 批准号: 22K20403
• 负责人: 楠野 宏明
• 金额: $ 1.58万
• 依托单位: Tokyo University of Agriculture 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: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-08-31 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K20403/
• 关键词: 気泡; 抗力; 境界層; 偏光計測; 光弾性

本課題では，光弾性法を用いて上昇する球形気泡の応力場を実験的に測定し，境界層の発達を議論する．気泡スケール現象で気泡挙動へ影響を大きく与える要因として，界面活性剤の気泡界面への吸着，気泡自身の変形，周囲流体の非ニュートン性などが挙げられる．このいずれも周囲流動場，特に境界層近傍の流動変化が気泡挙動を大きく決める要因となっているからである．この流動場可視化のために光弾性法を用い，境界層発達を議論する．2022年度は，まず光弾性法の流動場適用について妥当性評価を行なった．変形のない固体球について光弾性法を用いた計測と数値解析結果を比較検証することで，ニュートン流体においては定量的な一致が確認できた．それだけでなく，従来では計測困難であった境界層内の流動構造を可視化にも成功した．3次元再構成に関しても，軸対称条件を考慮し，固体とは異なる運動方程式を適用することで，運用が可能であることが示唆されつつある．非ニュートン流体中の光弾性計測については定量評価が難しい．しかしながら，定性的評価は可能である．そこで，当初の予定であった非ニュートン流体中を上昇する球形気泡境界層議論を変更する．具体的には，極微量の界面活性剤ならばニュートン流体特性を保ちつつ境界層流動変動が起こるため，その境界層議論を行う．また非ニュートン流体ではBubble Velocity Discontinuityという急激な速度ジャンプが見られるため，その現象を光弾性法を用いて定性的に議論する．

在这个主题中，我们将使用光弹性方法在实验上测量球形气泡上升的应力场，并讨论边界层的发展。对气泡量表现象中气泡行为有重大影响的因素包括表面活性剂对气泡界面的吸附，气泡本身的变形以及周围流体的非牛顿性质。这两个因素都是因为周围流场（尤其是边界层附近）的流动变化是极大地决定气泡行为的因素。该流体场可视化使用光弹性方法来讨论边界层的发展。在2022财年，我们首先评估了光弹性方法在流场中的应用的有效性。通过使用光弹性方法比较和验证测量结果和尚未变形的固体球的数值分析结果，在牛顿流体中证实了定量一致性。不仅如此，它还成功地可视化边界层内的流结构，这是以前难以测量的。还建议通过考虑轴对称条件和应用与固体不同的运动方程来进行操作。很难对非牛顿流体中光弹测量的定量评估。但是，定性评估是可能的。因此，我们将更改通过非牛顿流体上升的球形气泡边界层的原始计划讨论。具体而言，如果使用了少量的表面活性剂，则在保持牛顿流体特性的同时发生边界层流动波动，因此我们将讨论边界层。此外，在非牛顿液中，观察到突然的速度跳跃称为气泡速度不连续性，因此使用光弹性方法定性地讨论了这种现象。

项目成果

偏光計測による単一気泡周りの流動構造解析

使用偏振测量分析单个气泡周围的流动结构

• 发表时间: 2022
• 作者: Yao-Lun Yang;鈴木龍汰，瀬谷昇治，長津雄一郎，伴貴彦，Manoranjan Mishra;Yao-Lun Yang;Hiroaki KUSUNO;岩﨑かおり，鈴木龍汰，長津雄一郎，伴貴彦，ミシュラマノランジャン，長津雄一郎;Yao-Lun Yang;楠野宏明
• 通讯作者: 楠野宏明

Polarization measurement of flow structure around a moving bubble/solid in a quiescent liquid

静态液体中移动气泡/固体周围流动结构的偏振测量

• 发表时间: 2023
• 作者: Yao-Lun Yang;鈴木龍汰，瀬谷昇治，長津雄一郎，伴貴彦，Manoranjan Mishra;Yao-Lun Yang;Hiroaki KUSUNO
• 通讯作者: Hiroaki KUSUNO