気泡の破裂・水滴の衝突の連鎖過程による水表面の気体輸送に関する研究

气泡破裂和水滴碰撞连锁过程的气体在水面输运研究

基本信息

批准号：
08750637
负责人：
竹原幸生
金额：
$ 0.64万
依托单位：
Kinki University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1996
资助国家：
日本
起止时间：
1996 至无数据
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-08750637/
关键词：
水表面ガス輸送気泡水滴

项目摘要

自然界における水表面を通した気体輸送過程を規定する素過程のうち,水滴の水表面衝突および気泡の水表面での破裂は非常に重要な要素である。しかも,それらは互いに密接に関連して生じる現象である。例えば,海洋において荒天時に生じた砕破は水中に大量の気泡を取り込み(white cap等),その気泡は水表面で破裂し,大気中に多量の水滴を放出する。放出された水滴のうち,微細なものは大気中に拡散され,大きいサイズの水滴は再び水表面に衝突し,気泡を生じる。本研究ではそれらの相互作用に着目し,基礎的なメカニズムを明らかにするため,可視化技術により現象の観察を行うことを目的とした。今回は特に液体の表面張力,動粘性を変化させたときに,気泡の崩壊,水滴の発生および水面での水滴の衝突,気泡の取り込みの観察を行った。作業液体としてエタノール水溶液を用いた。エタノール水溶液では濃度が10%と95%のとき,動粘性が0.022cm^2/sec程度とほぼ同じ値となり,表面張力は56.3dyn/cmと25.6dyn/cmとなる。表面張力のみを変化させて実験を行うことができる。また,エタノール水溶液40%と95%では,表面張力30dyn/cm程度とほぼ同じ値となり,動粘性は0.045cm^2/secと0.022cm^2/secと動粘性のみを変化させて実験することもできる。結果の1例として,崩壊速度スケール(気泡の直径/崩壊にかかる時間と定義)の平均値は,表面張力が小さくなるにつれて大きくなり,動粘性が大きくなるにつれて大きくなる。ただし,崩壊パターンには種々のものがあり,他の要素(崩壊時の気泡の膜厚,膜の振動状態等)が大きく影響しており,ばらつきが大きくなった。その他,崩壊現象に関する詳細な観察を行った。

在自然界调节气体通过水面输送的基本过程中，水滴对水面的冲击和气泡在水面的破裂是非常重要的因素。而且，这些现象是相互密切联系发生的。例如，暴风雨天气期间海洋中发生的裂缝会将大量气泡引入水中（例如白帽），这些气泡在水面上破裂并将大量水滴释放到大气中。释放出的水滴中，细小的水滴扩散到大气中，较大的水滴再次与水面碰撞，产生气泡。在本研究中，我们关注这些相互作用，旨在利用可视化技术观察这些现象，以阐明其基本机制。这次，我们观察到了气泡的破裂、水滴的产生、水滴在水面上的碰撞以及气泡的截留，特别是当液体的表面张力和运动粘度发生变化时。使用乙醇水溶液作为工作液。在乙醇水溶液中，浓度为10%和95%时，运动粘度约为0.022cm^2/sec，表面张力为56.3dyn/cm和25.6dyn/cm。可以通过仅改变表面张力来进行实验。此外，对于40%和95%乙醇水溶液，表面张力约为30 dyn/cm，运动粘度为0.045 cm^2/sec和0.022 cm^2/sec，因此可以仅改变运动粘度也可以进行实验。作为结果的一个示例，塌陷率尺度的平均值（定义为气泡直径/塌陷所需时间）随着表面张力的减小而增加，并随着运动粘度的增加而增加。然而，塌陷模式多种多样，并且其他因素（例如塌陷时气泡的厚度和膜的振动状态）影响很大，导致了很大的变化。此外，还对塌陷现象进行了详细观察。