НИИ механики МГУ имени М.В. Ломоносова
Истечение газо-пепловой смеси из жерла вулкана существенно неоднородный турбулентный процесс. Однако при достаточно длительном сохранении расхода смеси течение можно считать стационарным. Наиболее простой моделью, описывающей истечение газа (жидкости) из канала, является модель затопленной струи.
В этой работе исследуется стационарное плоское течение смеси газ – заряженные частицы в случае плоской стационарной затопленной струи несжимаемой жидкости в предположении, что движение частиц не влияет на течение несущей среды. Расход потока частиц, протекающий через сечение канала предполагается постоянным. Предполагается, что смесь состоит из частиц двух различных диаметров. При этом средняя концентрация частиц и доля крупных частиц на выходе из канала – варьируемые величины. Для описания движения частиц используется подход Лагранжа: частицы движутся под действием силы тяжести, гидродинамических и электростатических сил. При взаимодействии (соударении) частиц меняются их скорости и заряды. Рассматривается зона течения, близкая к каналу. Проводится детальное исследование влияния параметров начального распределения на течение смеси и эволюцию электрического поля. Определяются количественные характеристики электрического поля (накопленный частицами заряд, максимальная напряжённость электрического поля и другие) в зависимости от параметров распределения. Оценивается ширина канала и начальная концентрация частиц, при которых напряжённость поля достигает критических значений самостоятельного разряда.
Наталья Владимировна Горохова
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Пермский государственный национальный исследовательский университет»
В работе экспериментально определяется объемное содержание и распределение диаметра парогазовых пузырьков в зависимости от частоты, мощности ультразвукового воздействия и состава жидкости носителя.
Эксперимент проводился с использованием установки, схематично представленной на рисунке, состоящей из сонохимического реактора со сменным источником ультразвука с частотой 28 кГц, 40 кГц, 1,7 МГц и блока оптической регистрации парогазовых пузырьков в проточном режиме.
Принцип работы установки заключается в следующем. На первом этапе включается водяной насос, создающий непрерывный поток жидкости, затем в сонохимичском реакторе при включении ультразвука образуются кавитационные пузырьки, коалесценция [1] которых приводит к образованию видимых парогазовых пузырьков. Далее пузырьки с потоком жидкости попадают в блок оптической регистрации, где с использованием высокоскоростной камеры (Basler A504kc) с телецентрическим макрообъективом происходит подсчет общего количества пузырьков и измерение их диаметра. Для обработки результатов используется программное обеспечение с помощью которого построены графики зависимости количества парогазовых пузырьков, возникающих в жидкости с течением времени, и гистограммы распределения диаметра пузырьков в зависимости от внешних параметров и от времени включения источника ультразвука. Таким образом, можно оценить особенности коалесценции пузырьков в сонохимическом реакторе в зависимости от различных условий и состава жидкости.
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (проект № 20-69-46066)
1. Firouzi M., Howes T., Nguyen A. V. A quantitative review of the transition salt concentration for inhibiting bubble coalescence //Advances in colloid and interface science. 2015. Т. 222. С. 305.
Виктория Олеговна Синицына
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Пермский государственный национальный исследовательский университет»
Под воздействием ультразвука в жидкости могут образовываться инерционные и неинерционные (неактивные) кавитационные пузырьки. Активность образования пузырьков за счет процессов кавитации и коалесценции зависит от многих факторов, в результате могут наблюдаться как коллапс парогазовых кавитационных пузырьков в жидкости, так и их коалесценция и длительное существование относительно крупных пузырьков [1,2].
Проведено экспериментальное исследование активности кавитационных процессов и интенсивности коалесценции парогазовых пузырьков, возникающих в объеме жидкости при наличии ультразвукового (УЗ) воздействия в растворе соли NaCl и при различных концентрациях sodium dodecyl sulfate (SDS). Процесс образования и дрейфа пузырьков фиксировался с помощью скоростной камеры в плоскости кюветы освещенной лазерным ножом. Показано, что добавление ПАВ в водный раствор соли NaCl приводит к частичному ингибированию процесса коалесценции пузырьков миллиметрового диаметра и смене режима дегазации жидкости при наличии УЗ воздействия. Максимальная активность кавитационных процессов и образования парогазовых пузырьков наблюдалась при наличии соли и низкой концентрации SDS. Таким образом наличие ПАВ в водном растворе соли 0,1 М NaCl приводит к изменению динамики роста пузырькового ансамбля, так как мелкие пузырьки не способны всплывать на поверхность, ввиду преобладания вязких и вибрационных сил над выталкивающей силой.
На Рис. 1 представлены изображения полученные в результате объединения 500 кадров для чистой воды и при наличии 0,1 М NaCl и низкой концентрации SDS равной 0,05 мМ.
Оскар Олегович Фатталов
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Пермский государственный национальный исследовательский университет»
В работе экспериментально исследуется процесс коалесценции парогазовых пузырьков, возникающих при воздействии ультразвука (УЗ) на дистиллированную воду и водный раствор соли NaCl различной концентрации на поверхности акрилового стекла. Обсуждается зависимость скорости роста диаметра пузырька и средний диаметр его отрыва от поверхности акрилового стекла в зависимости от состава жидкости при УЗ воздействии.
Эксперимент проводился в ячейке размером 110×116×160 мм3, имеющей форму параллелепипеда. Для регистрации пузырьков использовалась высокоскоростная камера (Basler A504kc) с телецентрическим макрообъективом, которая фокусировалась на стенку кюветы. Для освещения использовался коллимированный источник контрового света. В качестве исследуемых жидкостей использовались дистиллированная вода и растворы NaCl с концентрациями 0,1 моль/л, 0,2 моль/л, 0,3 моль/л. На рисунках представлены экспериментальная установка и фотографии пузырьков, полученные в результате эксперимента.
Была проведена серия экспериментов, в которых кавитационные пузырьки активно коалесцировали в объеме жидкости и в результате дрейфа прикреплялись к поверхности акрилового стекла. [1] Таким образом, в результате коалесценции образуется крупный одиночный парогазовый пузырек, который через некоторое время всплывает под действием силы Архимеда. Средний диаметр пузырька при отрыве в дистиллированной воде составил 2.3 ± 0.3 мм.
В результате экспериментального исследования роста парогазового пузырька в воде и при различных концентрациях NaCl было выявлено, что динамика роста пузырька в воде и в растворе соли с концентрацией 0.1 моль/л и 0.2 моль/л практически одинаковая, а при концентрации соли 0.3 моль/л ситуация значительно меняется вследствие ингибирования коалесценции.
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (проект № 20-69-46066)
1. Fattalov, O., Lyubimova, T., Rybkin, K., Kuchinskiy, M. Experimental Study of the Processes of Formation, Drift and Levitation of Vapor–Gas Bubbles in Water //Microgravity Science and Technology. 2021. Т. 33. №. 2. С. 1-7.
Ирина Алексеевна Фаттахова
