بررسي رژيم شكلي صعود حباب هواي تزريق شده در ستون آب به روش عددي و آزمايشگاهي

Numerical and Experimental Investigation of the Rising Shape Regime of the Air Bubble Injected into the Water Column

شناخت تاريخچه توليد و ديناميك رشد يا محو حباب ها تحت شرايط محيطي مختلف نقش مهمي را در درك صحيح در فرآيند جوشش، تبخير، كاويتاسيون و چگالش ايفا مي كند. در اين مقاله رژيم شكلي تصعيد حباب هوا درون ستون آب مطالعه و با استفاده از روش هاي عددي و آزمايشگاهي شبيه سازي شده است. براي اين منظور از يك ستون پر از آب در ابعاد آزمايشگاهي به عنوان سيال ميزبان استفاده شده و با استفاده از روش عكس برداري پرسرعت، مهم ترين خواص هيدروديناميكي حباب ها مانند سرعت، اندازه، مسير حركت و ساير خواص مربوط به حباب اندازه گيري شد. سپس به روش ديناميك سيالات محاسباتي و مدل دوفازي حجم سيال، صعود و تغيير شكل تزريق تك حباب در يك مخزن ساكن شبيه سازي شد و با نتايج عددي و تجربي پيشين و حاضر مورد مقايسه قرار گرفت. نتايج حاصل از اين اعتبارسنجي با تقريب خوبي منطبق بر نتايج مرجع بوده و صحت عملكرد حلگر مورد استفاده و تنظيمات آن را اثبات نموده است. در نهايت با محاسبه اعداد بي بعد اتووس و مورتن، رژيم شكلي حباب تعيين شده و با رژيم شكلي به دست آمده از شبيه سازي عددي و آزمايش تجربي مقايسه شد. رژيم به دست آمده از نمودار كليفت، رژيم كپسول كروي بوده كه با رژيم شكلي حباب شبيه سازي شده به روش عددي و آزمايشگاهي در شرايط يكسان كاملا انطبق دارد واينموضوع اعتبار حل عددي را اثبات مي كند .

Investigating the history of production and dynamics of growing or collapsing bubbles under various environmental conditions plays an important role in the correct understanding of the process of boiling, evaporation, cavitation, and condensation. In this paper, the rising shape regime the air bubble injected into the water column was studied and simulated using numerical and experimental methods. For this purpose, a column filled with water was used in the laboratory as a host fluid and using the high-speed image recording method, the most important hydrodynamic properties of the bubbles, such as velocity, size, pathway, and other bubble properties were measured. Then, using the computational fluid dynamics and the volume of fluid two-phase flow model, ascent and deformation of the single-bubble injected into a stationary reservoir were investigated and compared with previous and current experimental and numerical results. The result of this validation with a good approximation was in accordance with the reference results and it proved the correctness of the solver’s and its settings. Finally, the bubble shape regime was calculated by the non-dimensional numbers of Eötvös and Morton and compared with the numerical simulation and empirical test. The regime obtained from the Clift diagram is a spherical cap regime, which at the same conditions, is in accordance with the bubble shaped regime simulated by numerical and experimental methods and this confirms the validity of the numerical solution.