مطالعه تجربی دینامیک رشد و جدایش حباب منفرد از مجرای زیرآبی در ستون مایع به روش انتشار آوایی غیرفعال

در پژوهش حاضر، دینامیک مرتبط با رشد و جدایش حباب منفرد به کمک دو روش تجربی انتشار آوایی غیرفعال و تصویربرداری با نرخ فریم بالا مورد مطالعه قرار گرفته است. همگام‌سازی تصویربرداری با داده‌برداری آکوستیک، قابلیت بالای روش‌های مبتنی بر انتشار آوایی را در مطالعه‌ی دینامیک رشد و جدایش حباب به اثبات رساند. بررسی‌ها نشان داد که بیشینه‌ی دامنه‌ی نوسانات در سری زمانی سیگنال انتشار آوایی، اندکی قبل از لحظه‌ی جدا شدن حباب از مجرا رخ می‌دهد و در این لحظه نرخ افزایشی حجم حباب در حال کند شدن می‌باشد. از روی فرکانس غالب موج انتشار آوایی که در همین زمان رخ می‌دهد، اندازه‌ی حباب تخمین زده شده است که براساس رابطهی مینائرت با ضرائب تصحیح، تنها 37/1 درصد با نتایج حاصل از پردازش تصویر اختلاف دارد. مطابق توالی تصاویر ثبت شده از مراحل رشد حباب، نسبت طول محورهای عمودی و افقی حباب همواره در طول زمان رشد حباب در حال تغییر است و حباب زمانی از مجرا جدا می‌شود که این نسبت به 1 نزدیک شود؛ هرچند در این لحظه به دلیل نیروهای فشاری، حباب شکل کروی ندارد.

Experimental Study of a Single Bubble Growth and Detachment from a Submerged Orifice in the Liquid Column Using Passive Acoustic Emission

In the present study, the dynamics associated with single bubble growth and its detachment has been studied using passive acoustic emission and high frame rate imaging methods. Synchronization of imaging with acoustic data acquisition demonstrated the functionality of the acoustic emission method in studying the dynamics of bubble growth and detachment. The investigations showed that the maximum amplitude of the oscillations in the time series of the acoustic emission signal occurs shortly before the bubble detaches. Instantly the rate of bubble volume rise is decelerating. in accordance with the dominant frequency of the acoustic emission wave that arises at the same time with the jump in acoustic time series, the bubble size based on the Minnaert equation with the corrected coefficients is estimated to be only 1.37% different from the results of image processing. According to the sequence of images recorded from the bubble growth frames, the ratio of the vertical and horizontal axis lengths of the bubble is continually changing during the bubble growth period and eventually, the bubble detaches from the orifice when the ratio approaches 1. Although by detachment, the bubble does not have a spherical shape due to the pressure forces.