О режимах генерирования пузырьков в растворе с ПАВ для получения компрессионной пены
DOI:
https://doi.org/10.33408/2519-237X.2026.10-2.204Ключевые слова:
ПАВ, компрессионная пена, пузырьки, барботаж, число Рейнольдса, число Вебера, число Фруда, число Маха, число капиллярности, число Бонда, число МортонаАннотация
Цель. Провести исследования режимов генерирования пузырьков в растворе с поверхностно-активным веществом (ПАВ) для получения компрессионной пены и их геометрических характеристик на затопленном отверстии. На основе полученных экспериментальных данных выделить основные режимы генерирования пузырьков в растворе с ПАВ для получения компрессионной пены и дать их описание. Определить характеристические числа Рейнольдса, Вебера, Фруда, Маха, капиллярности, Бонда и Мортона, по которым можно судить о режимах генерирования пузырьков в растворе с ПАВ для получения компрессионной пены и их геометрических характеристиках на затопленном отверстии.
Методы. Общая методология работы предусматривала использование теоретических (анализ, синтез, сравнение) и экспериментальных методов исследования. Применялся метод визуализации и фотосъемки, метод цифровой обработки изображений, расчетный метод.
Результаты. Экспериментально установлены три последовательно сменяющих друг друга режима генерирования пузырьков в растворе ПАВ на затопленном отверстии: пузырьковый, гирляндовый (переходный) и струйный. Определены критерии этих режимов: для пузырькового: числа Рейнольдса – Re < 1000; Вебера – We ≤ 15; капиллярности – Camax = 0,018; Маха – Mmax = 0,075 и среднее газосодержание – φсрmin = 0,769; φсрmax = 0,997; для гирляндового: 1000 ≤ Re ≤ 2000; 3 ≤ We ≤ 45; Camax = 0,031; Mmax = 0,129; φсрmin = 0,954; φсрmax = 0,998; для струйного: Re > 2000; We ≥ 80; Camin = 0,029; Mmin = 0,123; φсрmin = 0,998. Показано, что даже при малых скоростях воздуха в растворе c ПАВ генерируются деформированные (эллиптические) пузырьки, что подтверждается значениями числа Бонда Bo > 1 и Для каждого режима определены геометрические характеристики: для пузырькового – эквивалентный диаметр пузырька и шаг между пузырьками; для гирляндового – расстояние между гирляндой и пузырьками и высота гирлянды; для струйного – высота факела и угол его раскрытия. Наиболее эффективным с точки зрения газонасыщения и дисперсности пузырьков признан струйный режим.
Область применения исследований. Исследования режимов генерирования пузырьков в растворе с ПАВ для получения компрессионной пены и их геометрических характеристик на затопленном отверстии могут применяться для оптимизации барботажных процессов для пожаротушения, флотации, пищевых производств и получения пористых материалов.
Библиографические ссылки
Kamlyuk A.N., Morozov A.A., Parmon V.V. Stvol pozharnyy ruchnoy universal'nyy kombinirovannyy s vozmozhnost'yu izmeneniya raskhoda ognetushashchego sredstva: ot modelirovaniya do ognevykh ispytaniy [Universal combined hand fire nozzle with the ability to change the flow rate of extinguishing agent: from modeling to fire tests]: monograph. Minsk: University of Civil Protection, 2024. 189 p. (rus)
Kamlyuk A.N., Likhomanov A.O., Grachulin A.V. Pennye orositeli dlya avtomaticheskikh ustanovok pozharotusheniya [Foam sprinklers for automatic fire extinguishing systems]: monograph. Minsk: University of Civil Protection, 2023. 244 p. (rus)
Kamlyuk A.N., Grachulin A.V. Kompressiomaya pena dlya nuzhd pozharnykh podrazdeleniy [Compression foam for fire departments]: monograph. Minsk: University of Civil Protection, 2019. 224 p. (rus)
Aleshkov M.V., Roitman V.M., Voevoda S.S., Molchanov V.P., Sharipkhanov S.D., Fedyaev V.D. Primenenie kompressionnoy peny pri tushenii pozharov v zdaniyakh povyshennoy etazhnosti [The use of compression foam in extinguishing fires in high-rise buildings]. Fire and Emergencies: Prevention, Elimination, 2019. Pp. 59–62. (rus). DOI: https://doi.org/10.25257/FE.2019.3.59-62. EDN: https://elibrary.ru/RLEBRV.
Arkhipov V.A., Vasenin I.M., Usanina A.S. Analiz mekhanizma poteri ustoychivosti odinochnogo puzyr'ka pri malykh znacheniyakh chisla Reynol'dsa [Analysis of the stability loss mechanism of a single bubble at low Reynolds numbers]. Prikladnaya mekhanika i tekhnicheskaya fizika, 2011. Vol. 52, No. 3 (307). Pp. 51–60. (rus). EDN: https://elibrary.ru/OHLFSJ.
Vorob'ev M.A., Kashinskiy O.N., Lobanov P.D., Chinak A.V. Formirovanie melkodispersnoy gazovoy fazy v voskhodyashchem i opusknom potoke zhidkosti [Formation of fine gas phase in ascending and descending liquid flow]. Izvestiya Rossiyskoy akademii nauk. Mekhanika zhidkosti i gaza, 2012. No. 4. Pp. 75–81. (rus). EDN: https://elibrary.ru/PFDBCX.
Vorob'ev M.A., Kashinskiy O.N., Lobanov P.D., Chinak A.V. Rezhimy generatsii puzyrey v potoke vyazkoy zhidkosti [Regimes of bubble generation in the flow of viscous liquid]. Vestnik NSU. Series: Physics, 2015. Vol. 10, No. 3. Pp. 70–75. (rus). DOI: https://doi.org/10.54362/1818-7919-2015-10-3-70-75. EDN: https://elibrary.ru/VHLIKR.
Lisitsyn A.N., Fedorov A.A., Volkov S.M., Fedorov A.V., Romanov N.N. Gidrogazodinamika vsplytiya puzyrey peregretogo vodyanogo para v podsolnichnom masle v protsesse barbotazha [Hydro-gas dynamics of bubbles of superheated water vapor in sunflower oil during bubbling]. Processes and Food Production Equipment, 2022. No. 4. Pp. 11–24. (rus). DOI: https://doi.org/10.17586/2310-1164-2022-15-4-11-24. EDN: https://elibrary.ru/YACUXW.
Khentov V.Ya., Semin E.G., Vlasov Yu.V., Gasanov V.M. Barbotazh. Barbotazhnyy aerozol'. Problemy i resheniya [Barbotage. Barbotage aerosol. Problems and solutions]: monograph. 2nd ed. Saint Petersburg: Khimizdat, 2024. 193 p. (rus)
Chantsev V.Yu. Analiz vertikal'nogo dvizheniya vozdushno-puzyr'kovoy zavesy v vode [The vertical motion of air-bubble curtain analysis]. Uchenye zapiski Rossiyskogo gosudarstvennogo gidrometeorologicheskogo universiteta, 2017. No. 46. Pp. 64–70. (rus). EDN: https://elibrary.ru/YNFMMD.
Volkov P.K. Dinamika zhidkosti s puzyr'kami gaza [Dynamics of liquid with gas bubbles]. Izvestiya Rossiyskoy akademii nauk. Mekhanika zhidkosti i gaza, 1996. No. 3. Pp. 75–88. (rus)
Kutateladze S.S., Styrkovich M.A. Gidrodinamika gazozhidkostnykh sistem [Hydrodynamics of gas-liquid systems]. 2nd ed., revised and enlarged. Moscow: Energiya, 1976. 296 p. (rus)
Kozelkov A.S., Kurkin A.A., Kurulin V.V., Lashkin S.V., Tarasova N.V., Tyatyushkina E.S. Numerical modeling of the free rise of an air bubble. Fluid Dynamics, 2016. Vol. 51, No. 6. P. 709–721. DOI: https://doi.org/10.1134/S0015462816060016. EDN: https://elibrary.ru/YUVOYB.
Labuntsov D.A., Yagov V.V. Mekhanika dvukhfaznykh sistem [Mechanics of two-phase systems]: tutorial for universities. Moscow: Izdatel'skiy dom MEI, 2016. 383 p. (rus). ISBN 978-5-383-00964-2.
Shakirzyanov F.N., Butyrin P.A., Abdulkerimov S.A., Mikheev D.V. What does the next century have in store for us? Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics, 2022. Vol. 86, No. 9. Pp. 1015–1018. DOI: https://doi.org/10.3103/s106287382209026x. EDN: https://elibrary.ru/KDGFVA.
Kamlyuk A.N. Kolichestvennoe opisanie mekhanizmov obrazovaniya vozdushno-mekhanicheskoy peny nizkoy kratnosti dlya nuzhd pozharotusheniya [Quantitative description of the mechanisms of formation of low multiplicity air-mechanical foam for firefighting needs]. Journal of Civil Protection, 2024. Vol. 8, No. 3. Pp. 276–288. (rus). DOI: https://doi.org/10.33408/2519-237X.2024.8-3.276. EDN: https://elibrary.ru/EJOWFD.
Kobyzev S.V. Metodika rascheta koeffitsientov massootdachi pri osushke uglevodorodnogo raketnogo topliva [Method of calculating mass transfer coefficients during drying of hydrocarbon rocket fuel]. Nauka i obrazovanie: nauchnoe izdanie MGTU im. N.E. Baumana, 2011. No. 11. Pp. 49–59. (rus). EDN: https://elibrary.ru/OKIHLT.
Akimov V.V., Trushin A.M., Dmitriev E.A. Opredelenie gazosoderzhaniya na barbotazhnykh tarelkakh [Determination of gas content on barbotage trays]. Uspekhi v khimii i khimicheskoy tekhnologii, 2008. Vol. 22, No. 2 (82). Pp. 38–42. (rus). EDN: https://elibrary.ru/QZVMDH.
Safronova E.V., Abaev G.N. Mass transfer in a jet device. Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 2005. Vol. 78, No. 6. Pp. 1133–1137. DOI: https://doi.org/10.1007/s10891-006-0044-y. EDN: https://elibrary.ru/XKBHMB.
Kamlyuk A.N. Podkhody k raschetu kratnosti, dispersnosti i ustoychivosti vozdushno-mekhanicheskikh pen nizkoy kratnosti [Approaches to calculating the expansion, dispersion and stability of low expansion air-mechanical foams] Journal of Civil Protection, 2025. Vol. 9, No. 1. Pp. 54–65. (rus). DOI: https://doi.org/10.33408/2519-237X.2025.9-1.54. EDN: https://elibrary.ru/EXXZPA.
Anokhina E.V. Issledovanie analogii protsessov ispareniya i kipeniya zhidkostey [Comparison of evaporation with pool boiling of the liquids]. Bulletin of Higher Educational Institutions. North Caucasus Region. Natural Sciences, 2008. No. 4 (146). Pp. 43–45. (rus). EDN: https://elibrary.ru/JUPYLF.
Nosyrev M.A. Opredelenie skorostey i kontsentratsiy dispersnykh chastits pri stesnennom dvizhenii na osnove minimuma intensivnosti dissipatsii energii [Determination of velocities and concentrations of dispersed particles under hindered motion based on the minimum of energy dissipation intensity]: PhD tech. sci. diss. 05.17.08. D.I. Mendeleyev University of Chemical Technology of Russia. Moscow, 2016. 112 p. (rus). EDN: https://elibrary.ru/JICNVD.
Опубликован
Как цитировать
Лицензия
Все права защищены (c) 2026 Камлюк А.Н., Гусаров И.С., Масюк С.А.
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.
