بررسی رژیم شکلی صعود حباب هوای تزریق‌شده در ستون آب به روش عددی و آزمایشگاهی

شناخت تاریخچه تولید و دینامیک رشد یا محو حباب‌ها تحت شرایط محیطی مختلف نقش مهمی را در درک صحیح در فرآیند جوشش، تبخیر، کاویتاسیون و چگالش ایفا می‌کند. در این مقاله رژیم شکلی تصعید حباب هوا درون ستون آب مطالعه و با استفاده از روش های عددی و آزمایشگاهی شبیه‌سازی شده است. برای این منظور از یک ستون پر از آب در ابعاد آزمایشگاهی به عنوان سیال میزبان استفاده شده و با استفاده از روش عکس‌برداری پرسرعت، مهم‌ترین خواص هیدرودینامیکی حباب‌ها مانند سرعت، اندازه، مسیر حرکت و سایر خواص مربوط به حباب اندازه‌گیری شد. سپس به روش دینامیک سیالات محاسباتی و مدل دوفازی حجم سیال، صعود و تغییر شکل تزریق تک‌حباب در یک مخزن ساکن شبیه‌سازی شد و با نتایج عددی و تجربی پیشین و حاضر مورد مقایسه قرار گرفت. نتایج حاصل از این اعتبارسنجی با تقریب خوبی منطبق بر نتایج مرجع بوده و صحت عملکرد حلگر مورد استفاده و تنظیمات آن را اثبات نموده است. در نهایت با محاسبه اعداد بی بُعد اتووس و مورتن، رژیم شکلی حباب تعیین شده و با رژیم شکلی به دست آمده از شبیه‌سازی عددی و آزمایش تجربی مقایسه شد. رژیم به دست آمده از نمودار کلیفت، رژیم کپسول کروی بوده که با رژیم شکلی حباب شبیه سازی شده به روش عددی و آزمایشگاهی در شرایط یکسان کاملاً انطبق دارد واینموضوع اعتبار حل عددی را اثبات می کند .

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

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 highspeed 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 twophase flow model, ascent and deformation of the singlebubble 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 nondimensional numbers of E ouml;tv ouml;s 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.