Modelowanie zjawiska synchronizacji odrywających się pęcherzy gazowych z sąsiadujących dysz

• Autorzy: Mosdorf R. , Wyszkowski T.

Warianty tytułu

EN

Modelling of synchronization of air bubbles departing from two neighbouring nozzles

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań eksperymentalnych oddziaływania kolumn pęcherzy powietrza genero- wanych z dwóch sąsiadujących dysz. W przypadku odległości pomiędzy dyszami równej 4 mm i częstotliwości 30 Hz obserwowano synchronizację odrywania się pęcherzy. W celu analizy struktury przepływu cieczy pomiędzy dwoma oddziałującymi pęcherzami przeprowadzono symulację w programie COMSOL Multiphysics, wykorzystując metodę level set. Chaotyczne zmiany częstotliwości odrywania się pęcherzy modelowano z zastosowaniem układu równań różniczkowych zwyczajnych opisujący zmiany masy gazu w układzie zasilania dysz. W trakcie symulacji, podobnie jak w eksperymencie, obserwowano występowanie ujemnej korelacji pomiędzy odrywającymi się pęcherzami. Oba przedstawione w pracy modele mają charakter jakościowy.

EN

Results of experimental investigation of interaction between bubble columns generated from two nozzles have been presented. The synchronization between departing bubbles has been observed for distance between nozzles equal to 5mm and bubble departure frequency equal to 30 Hz. The analysis of liquid flow regime between interacting bubbles has been made using the COMSOL Multiphysics program. The gas-liquid interface movement has been described using the level set method. The bubble departures from neighboring nozzles in the long period of time have been modeled using the set of ODE describing the changes of mass of gas in the gas supplying system. During the simulation, similarly to the experiment, the correlation be- tween behaviors of two interacting chaotic systems has been ob- served.

Słowa kluczowe

PL

modelowanie; pęcherze gazowe; metoda level set

EN

modelling; air bubbles; level set method

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Białostockiej
• Czasopismo: Acta Mechanica et Automatica
• Rocznik: 2011
• Tom: Vol. 5, no. 1
• Strony: 59--66
• Opis fizyczny: Bibliogr. 28 poz., Rys.

Twórcy

autor

Mosdorf R.

autor

Wyszkowski T.

• Politechnika Białostocka, Białystok,

Bibliografia

• 1. Berthelsen P. A. (2002), Short Introduction to the Level Set Method and Incompressible Two-Phase Flow, A Computational Approach http://www.petronics.ntnu.no/publications/berthelsen/berthelsen_report2002.pdf
• 2. Clift R., Grace J.R., Weber M.E. (1978), Bubbles, Drops and Particles, Academic Press, New York.
• 3. COMSOL Multiphysics, Rising Bubble Modeled with the Level Set Method, http://www.comsol.com/showroom /gallery/177.php?highlight=bubble
• 4. Davidson J.F., Schüler B.O.G. (1960), Bubble formation at an orifice in an inviscid liquid, Trans. Instn. Chem. Engrs, 38, 335-345.
• 5. Davidson L., Amick E. (1956), Formation of gas bubbles at horizontal orifices, AIChE J., 2, 337-342.
• 6. Hughes R.R., et al., (1955), The formation of bubbles at simple orifices, Chem. Engng Progr., 51, 557-563.
• 7. Kyriakides N.K., Kastrinakis E.G., Nychas S.G. (1997), Bubbling from nozzles submerged in water: transitions between bubbling regimes, Canadian J. Chemical Engng, 75, 684-691.
• 8. Luewisutthichat W., Tsutsumi A., Yoshida K. (1997), Chaotic hydrodynamics of continuous single-bubble flow systems, Chemical Engineering Science, Vol. 52, No. 21-22, 3685-3691
• 9. Martin P.A. (1998). On the added mass of rippled discs, Journal of Engineering Mathematics, 33, 421–435.
• 10. McCann D.J., Prince R.G.H. (1971), Regimes of bubbling at a submerged orifice, Chemical Engng Sc., 26, 1505-1512.
• 11. Mosdorf R., Shoji M. (2003), Chaos in bubbling - nonlinear analysis and modelling, Chemical Engineering Science, Vol. 58, 3837-3846.
• 12. Mosdorf R., Wyszkowski T. (2010a), Odrywanie się pęcherzy gazowych od krawędzi dysz badanie eksperymentalne i modelowanie, Acta Mechanica et Automatica, Vol. 4, no.1, 72-79.
• 13. Mosdorf R., Wyszkowski T. (2010b), Modelowanie synchronizacji odrywania się pęcherzy gazowych z dwóch sąsiadujących cylindrycznych dysz, Modelowanie Inżynierskie, nr 40, 9, 179-186.
• 14. Nagrath S., Jansen K. E., Lahey R. T.Akhatov I. (2006), Hydrodynamic simulation of air bubble implosion using a level set approach, Journal of Computational Physics, Vol. 215, Issue 1, 98-132
• 15. Nguyen K., et al., (1996), Spatio-temporal dynamics in a train of rising bubbles, The Chemical Engng J., 65191-197.
• 16. Oguz H. N., Prosperetti A. (1993), Dynamics of bubble growth and detachment from a needle, J. Fluid Mech., Vol. 257, 111-145.
• 17. Peebles F.N., Garber H.J. (1953), Studies on the motion of gas bubbles in liquids, Chem. Engng Progr., 49, 88-97.
• 18. Ramakrishnan S., Kumar R., Kuloor N.R. (1969), Studies in bubble formation-I: Bubble formation under constant flow conditions, Chemical Engng Sc., 24, 731-747.
• 19. Raymond F., Rosant J.M. (2000), A numerical and experimental study of the terminal velocity and shape bubbles in viscous liquids, Chemical Engng Sc., 55, 943-955.
• 20. Ruzicka M.C., et al., (1997), Intermittent transition from bubbling to jetting regime in gas-liquid two phase flows., Int. J. Multiphase Flow, 23, 671-682.
• 21. Sanada T., Watanabe M., Fukano T., Kariyasaki A.(2005), Behavior of a single coherent gas bubble chain and surrounding liquid jet flow structure, Chemical Engineering Science, Vol. 60, No. 17, 4886-4900.
• 22. Smolianski A. (2005), Finite-element/level-set/operatorsplitting (FELSOS) approach for computing two-fluid unsteady flows with free moving interfaces, International Journal for Numerical Methods in Fluids, Vol. 48, Issue 3, 231–269.
• 23. Tritton D.J., Egdell C. (1993), Chaotic bubbling, Phys. Fluids A, 5, 503-505.
• 24. Tufaile A., Sartorelli J.C. (2000a), Hénon-like attractor in air bubble formation, Physics Letters A, 275, 211-217.
• 25. Tufaile A., Sartorelli J.C. (2000b), Chaotic behavior in bubble formation dynamics, Physica A, 275, 336-346.
• 26. Tufaile A., Sartorelli J.C. (2001), The circle map dynamics in air bubble formation, Physics Letters A, 287, 74-80.
• 27. Vazquez A., Manasseh R., Sánchez R.M., Metcalfe G.(2008), Experimental comparison between acoustic and pressure signals from a bubbling flow, Chemical Engineering Science, 63, 5860-5869.
• 28. Zhang L., Shoji M. (2001), Aperiodic Bubble Formation from a Submerged Orifice. Chemical Engineering and Science, Vol. 56, No.18, 5371-5381.