دانلود مقاله ترجمه شده فرآیند انحلال گاز به همراه حباب های گازی کروی متصاعد

فرآیند انحلال گاز به همراه متصاعد شدن حباب های گازی کروی شکل به طور تجربی و عددی مورد تحقیق قرار گرفت. ما یک سیستم آزمایشی را ارائه کردیم که از یک دوربین CCD به همراه یک میکروسکوپ استفاده می کند تا حباب های متصاعد را دنبال نماید. با اندازه گیری اندازه حباب و سرعت تصاعد از روی داده های حرکت حباب که توسط یک کامپیوتر شخصی گرفته می شود، ما توانستیم ضرایب کشش (drag coefficient) و عدد شروود (Sherwood) را برای انحلال حباب های گازی در اعداد رینولدز زیر 100 برآورد نماییم. همچنین ما با حل مستقیم معادله ناویر– استوکس (Navier-Stokes) و معادله همرفت–نفوذ   (convection-diffusion)، ضرایب کشش و عدد شروود را برای انحلال حباب های گازی در یک مایع به طور عددی برآورد نمودیم. نتایج تجربی و عددی توافق خوبی با هم داشتند. به علاوه، ما نتایج تجربی را با چند معادله پیشنهادی برای تخمین ضرایب کشش و عدد شروود مقایسه کردیم و محدوده معتبر برای هر معادله را مشخص نمودیم. در نهایت، بر اساس همبستگی و ارتباط با نتایج عددی، ما معادله ای را برای تخمین عدد شروود در بازه ای ارائه می کنیم که در آن عدد رینولدز کمتر از 100 است و عدد پکلت (Peclet) بزرگتر از 1 است.

فرآیند انحلال حباب های گازی کروی از سوی محققان بسیاری به طور نظری و تجربی مورد بررسی قرار گرفته است. بسیاری از این نتایج توسط کلیف و همکارانش (1978) مورد بررسی قرار گرفته اند. در یک مطالعه نظری مهم، لوچیل و کلادربانک (1964)، یک تقریب لایه مرزی را برای میدان تمرکز (concentration field) اطراف حباب به کار بردند و به طور تحلیلی  معادله ای را برای عدد شروود (Sh) انحلال یک حباب گازی با استفاده از توزیع سرعت در سطح حباب به دست آوردند. با استفاده از این معادله، مقدار Sh تحت شرایط عدد اشمیت بالا (Schmidt = Sc) می توان به وسیله مشخص نمودن توزیع سرعت در سطح حباب محاسبه نمود که از عبارات تحلیلی یا از مدلهای عددی به دست می آید. با استفاده از یک توزیع سرعت مفروض، اولریچ و همکارانش (1973) معادله همرفت – نفوذ را به طور عددی حل کردند و ناحیه تمرکز (تراکم) اطراف حباب را محاسبه نمودند.

از طرف دیگر، اندازه گیری های تجربی موفقی برای فرآیند انحلال حباب ها وجود دارند. لئونارد و هاقتون (1963) یک وسیله تجربی را با یک تیوب مویین افقی ساختند که تا حدی با جیوه در انتهای سلول آزمایش پر شده بود. وقتی حجم حباب در مایع تغییر می کرد، جیوه در لوله مویین حرکت می کرد تا  فشار مایع را ثابت نگه دارد. آنها تغییر حجم حباب را از روی فاصله ای که جیوه در لوله مویین حرکت کرده بود را اندازه گرفتند و آهنگ انحلال حباب های گازی در آب را تخمین زدند. ردفیلد و هاقتون (1965) آهنگ انحلال حباب ها را با بازه گسترده ای از اعداد اشمیت و رینولدز با استفاده از ابزار آزمایشی یکسان اندازه گرفتند و مقدار Sh را برآورد نمودند. کلادربانک و همکارانش (1970) آهنگ انحلال حباب ها را با استفاده از مکانیزمی اندازه گرفتند که در آن حجم یک حباب در مایع در یک سیستم بسته به واسطه انحلال تغییر نمی کند ولی فشار مایع متغیر است. برانکوویک و همکارانش (1984) سیستمی را به وجود آوردند که می تواند برای اندازه گیری همزمان سرعت و اندازه حباب متصاعد شده با استفاده از باسنجی لیزر دوپلر (Laser-Doppler anemometry) به کار برده شود. آنها در این سیستم متناوبا حباب هایی را آزاد کردند که تقریبا یک اندازه بودند و اندازه حباب و سرعت تصاعد را در مکان های مختلف با حرکت ستون آزمایش به بالا و پایین اندازه گیری نمودند. سپس آنها با استفاده از پروفایل سرعت تصاعد، تغییر شعاع را به صورت تابعی از مکان به تاریخچه ی زمانی شعاع حباب تبدیل کردند. از روی این، آنها مقدار Sh را برآورد نمودند. با این همه دقت اندازه حباب های اندازه گیری شده در توافق خوبی با آزمایشات لئونارد و همکارانش و کلادربانک و همکارانش نبود، زیرا آنها اندازه حباب را به طور غیرمستقیم اندازه گیری کرده بودند. اگرچه دستگاه باسنجی لیزر دوپلر می تواند اندازه و سرعت حباب متصاعد را به دقت اندازه بگیرد، ولی انحراف در اندازه حباب موجب یک عدم قطعیت بزرگ می گردد. بنابراین، مقایسه نتایج با نتایج عددی دشوار است، از این رو اندازه گیری های بیشتری از آهنگ انحلال حباب ها لازم است.