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，以阐明泡沫的微小和不稳定行为以及宏观特性，例如构成泡沫的液膜的几何结构和运动。 2022财年，我们将使用截至上一年生产的实验设备，以流入测试段的泡沫的流量和初始液位为参数进行综合实验，将流动状态下的泡沫和泡沫可视化。我们尝试扩大损失的同步测量数据。总结一系列实验的结果后发现，随着流入泡沫的流量增加，构成泡沫的液膜厚度质性地增加。还发现，表面活性剂水溶液的表面与流出表面之间的距离越大，在干燥状态下流出的泡沫就越多。在这项研究中，使用文丘里管将微气泡吹入罐中，通过微气泡的自发聚结产生泡沫。可视化结果显示，所产生的气泡的气泡直径从亚毫米到几毫米不等。发现其分布呈毫米级。根据泡沫是干的还是湿的，同时测量的压力损失的趋势存在差异。对于湿泡沫，压力与流速成正比增加，而对于干泡沫，压力损失在高流速下没有显着变化。这被认为是由于构成泡沫的液膜的厚度和几何结构造成的。通过控制泡沫的流速和初始液位等参数，已经表明可以主动控制泡沫的干/湿状态以及构成泡沫的气泡的平均尺寸。