Simulation of Rising Bubble Dynamics

A. N. Zotova; Зотова А. Н.; A. A. Kandaurov; Кандауров А. А.; Yu. I. Troitskaya; Троицкая Ю. И.; D. A. Sergeev; Сергеев Д. А.

doi:10.31857/S003282352303013X

Моделирование динамики всплывающего пузырька

Авторы: Зотова А.Н.¹, Кандауров А.А.¹, Троицкая Ю.И.¹, Сергеев Д.А.¹
Учреждения:
1. Институт прикладной физики РАН
Выпуск: Том 87, № 3 (2023)
Страницы: 423-431
Раздел: Статьи
URL: https://ogarev-online.ru/0032-8235/article/view/138868
DOI: https://doi.org/10.31857/S003282352303013X
EDN: https://elibrary.ru/ZUPAJW
ID: 138868

Цитировать

Полный текст

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Проведено прямое численное моделирование всплывания изначально покоившегося пузырька воздуха в воде без течения. Для сравнения с экспериментом взята усложненная начальная форма пузырька, соответствующая экспериментальной. Изменения формы пузырька в процессе всплывания, полученные в результате численного моделирования, близки к экспериментальным изменениям формы пузырька. Для сравнения с результатами численного моделирования, имеющимися в литературе, проведено моделирование всплывающего пузырька, имеющего изначально сферическую форму. Получено, что в процессе всплывания форма пузырька сначала близка к эллиптической и испытывает колебания, но далее усложняется – в нижней части пузырька появляется “хвост”. Данный режим динамики всплывающего пузырька подтверждается опубликованными в литературе результатами численного моделирования.

Ключевые слова

всплывающий пузырек, прямое численное моделирование

Список литературы

Haberman W.L., Morton R.K. An Experimental Investigation of the Drag and Shape of Air Bubbles Rising in Various Liquids. Washington (DC): David Taylor Model Basin, 1953.
Tagawa Y., Takagi S., Matsumoto Y. Surfactant effect on path instability of a rising bubble // J. Fluid Mech. 2014. V. 738. P. 124–142.
Bunner B., Tryggvason G. Direct numerical simulations of three-dimensional bubbly flows // Phys. Fluids. 1999. V. 11. P. 1967–1969.
Lu J., Tryggvason G. Effect of bubble deformability in turbulent bubbly upflow in a vertical channel // Phys. Fluids. 2008. V. 20. P. 040701.
Sussman M., Puckett E.G. A coupled level set and volume-of-fluid method for computing 3D and axisymmetric incompressible two-phase flows // J. Comput. Phys. 2000. V. 162. P. 301–337.
Shin S., Juric D. Modeling three-dimensional multiphase flow using a level contour reconstruction method for front tracking without connectivity // J. Comput. Phys. 2002. V. 180. P. 427–470.
Hua J., Stene J.F., Lin P. Numerical simulation of 3D bubbles rising in viscous liquids using a front tracking method // J. Comput. Phys. 2008. V. 227. P. 3358–3382.
Pivello M., Villar M. Serfaty R. et al. A fully adaptive front tracking method for the simulation of two phase flows // Int. J. Multiphase Flow. 2014. V. 58. P. 72–82.
Tripathi M.K., Sahu K.C., Govindarajan R. Dynamics of an initially spherical bubble rising in quiescent liquid // Nature Commun. 2015. V. 6. № 1. P. 1–9.
Bonometti T., Magnaudet J., Gardin P. On the dispersion of solid particles in a liquid agitated by a bubble swarm // Metall Mater Trans. B. 2007. V. 38. P. 739–750.
Roghair I., Van Sint Annaland M., Kuipers H.J.A.M. Drag force and clustering in bubble swarms // AIChE J. 2013. V. 59. Iss. 5. P. 1791–1800.
Roghair I., Sint Annaland M., Kuipers H.J. Drag force and clustering in bubble swarms // AIChE J. 2013. V. 59. P. 1791–1800.
Magnaudet J., Mougin G. Wake instability of a fixed spheroidal bubble // J. Fluid Mech. 2007. V. 572. P. 311–337.
Shew W.L., Pinton J. Dynamical model of bubble path instability // Phys. Rev. Lett. 2006. V. 97. P. 144508.
Wichterle K., Vecer M., Ruzicka M.C. Asymmetric deformation of bubble shape: cause or effect of vortex-shedding? // Chem. Papers. 2014. V. 68. P. 74–79.
Popinet S. The Basilisk code: http://basilisk.fr
Popinet S. An accurate adaptive solver for surface-tension-driven interfacial flows // J. Comput. Phys. 2009. V. 228 (16). P. 5838–5866.