Известия Саратовского университета.

Новая серия. Серия Физика

ISSN 1817-3020 (Print)
ISSN 2542-193X (Online)


Для цитирования:

Исаева Е. А., Исаева А. А., Пантюков А. В., Зимняков Д. А. Спекл-коррелометрия как метод оценки динамического поведения вспененных жидкостей // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия Физика. 2022. Т. 22, вып. 3. С. 220-228. DOI: 10.18500/1817-3020-2022-22-3-220-228

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
Опубликована онлайн: 
30.09.2022
Полный текст в формате PDF(Ru):
(загрузок: 70)
Язык публикации: 
русский
Тип статьи: 
Научная статья
УДК: 
535.4

Спекл-коррелометрия как метод оценки динамического поведения вспененных жидкостей

Авторы: 
Исаева Елена Андреевна, Саратовский государственный технический университет им. Гагарина Ю. А.
Исаева Анна Андреевна, Саратовский государственный технический университет им. Гагарина Ю. А.
Пантюков Алексей Викторович, Саратовский государственный технический университет им. Гагарина Ю. А.
Зимняков Дмитрий Александрович, Саратовский государственный технический университет им. Гагарина Ю. А.
Аннотация: 

Двухфазные пеноподобные системы активно исследуются как теоретическими, так и экспериментальными методами на протяжении нескольких десятилетий. Интерес к ним обусловлен их широким применением в различных отраслях промышленности и биомедицины. Исследование газожидкостных пен в процессе их эволюции затрудняется тем, что они представляют собой сложные динамические системы с одновременным протеканием различных физических процессов: оствальдское созревание газовых пузырей, коалесценция газовых пузырей, синерезис пены, испарение жидкой составляющей. Кинетика этих процессов взаимосвязана и определяется такими параметрами пены, как дисперсность, реологические свойства жидкой составляющей пены и объемная доля жидкой составляющей пены, связанная со средним размером пузырей, удельной поверхностью пены, толщиной перегородок между газовыми пузырями и формой газовых ячеек и каналов. Несмотря на существующие достижения в области исследований поведения нестабильных и метастабильных двухфазных пеноподобных систем, развитие методов диагностики структурной эволюции газожидкостных пен в процессе их старения в режиме реального времени с учетом изменения объемных свойств системы является актуальной задачей. В рамках данной работы проводится сравнительный анализ поведения времени корреляций флуктуаций интенсивности рассеянного лазерного излучения на длительных временных масштабах для жидких пен с массопереносом жидкой составляющей за счет её частичного испарения и изолированных пен. Подобные исследования играют важную роль для развития когерентно-оптических методов диагностики морфофункциональных свойств микро- и наноструктурированных многофазных систем в режиме реального времени.

Благодарности: 
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект № 21-79-00051), https://rscf.ru/project/21-79-00051/ (разработка комплексного акустического и когерентно-оптического морфофункционального метода диагностики многофазных систем для функционализации материалов в тканевой инженерии).
Список источников: 
  1. Franklin S. F., Shattuck M. D. Handbook of Granular Materials. CRC Press, 2016. 522 p. https://doi.org/10.1201/b19291
  2. Durian D. J. Foam mechanics at the bubble scale // Phys. Rev. Lett. 1995. Vol. 75. P. 4780–4783. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.75.4780
  3. Weaire D., Hutzler S. The Physics of Foams. Oxford University Press, 2001. 264 p.
  4. Plateau J. A. F. Statique Experimentale et Theoreque des liquides. Paris : Gauthier-Villiard, 1873. 518 p.
  5. Furuta Y., Oikawa N., Kurita R. Close relationship between a dry–wet transition and a bubble rearrangement in two-dimensional foam // Sci. Rep. 2016. Vol. 6. P. 37506. https://doi.org/10.1038/srep37506
  6. Boromand A., Signoriello A., Lowensohn J., Orellana C. S., Weeks E. R., Ye F., Shattuck M. D., O’Her C. S. The role of deformability in determining the structural and mechanical properties of bubbles and emulsions // Soft Matter. 2019. Vol. 15. P. 5854–5865 https://doi.org/10.1039/C9SM00775J
  7. Miller R., Ferri J. K., Javadi A., Krägel J., Mucic N., Wüstneck R. Rheology of interfacial layers // Colloid and Polymer Science. 2010. Vol. 288. P. 937–950. https://doi.org/10.1007/s00396-010-2227-5
  8. Carrier V., Colin A. Coalescence in Draining Foams // Langmuir. 2003. Vol. 19. P. 4535–4538.
  9. Vandewalle N., Lentz J. F., Dorbolo S., Brisbois F. Avalanches of Popping Bubbles in Collapsing Foams // Phys. Rev. Lett. 2001. Vol. 86, № 1. P. 179–182. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.86.179
  10. Vandewalle N., Lentz J. F. Cascades of popping bubbles along air / foam interfaces // Phys. Rev. E. 2001. Vol. 64, P. 021507. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.64.021507
  11.  Дерягин Б. В., Гутоп Ю. В. Теория разрушения свободных пленок // Коллоидный журнал. 1962. Т. 24, № 4. С. 431–437.
  12. Manev E. D., Nguyen A. V. Critical thickness of microscopic thin liquid films // Advances in Colloid and Interface Science. 2005. Vol. 114–115, № 1. P. 133–46. https://doi.org/10.1016/j.cis.2004.07.013
  13. Vrij A., Overbeek J. Th. G. Rupture of thin liquid films due to spontaneous fluctuations in thickness // J. Am. Chem. Soc. 1968. Vol. 90, № 12. P. 3074–3078. https://doi.org/10.1021/ja01014a015
  14. Thomas G. L., Belmonte J. M., Graner F., Glazier J. A., de Almeida R. M. 3D simulations of wet foam coarsening evidence a self similar growth regime // Colloids and Surfaces A : Physicochemical and Engineering Aspects. 2015. Vol. 473. P. 109–114. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2015.02.015
  15. Yanagisawa N., Kurita R. Size distribution dependence of collective relaxation dynamics in a two-dimensional wet foam // Sci. Rep. 2021. Vol. 11. P. 2786. https://doi.org/10.1038/s41598-021-82267-4
  16. Garing C., de Chalendar J. A., Voltolini M., AjoFranklin J. B., Benson S. M. Pore-scale capillary pressure analysis using multi-scale X-ray micromotography // Adv. Water Resour. 2017. Vol. 104. P. 223–241. https://doi.org/10.1016/j.advwatres.2017.04.006
  17. Gogoi S., Gogoi S. B. Review on microfluidic studies for EOR application // Journal of Petroleum Exploration and Production Technology. 2019. Vol. 9. P. 2263–2277. https://doi.org/10.1007/s13202-019-0610-4
  18. Azhar Z. Z., Zakaria Z., Bakar A. A., Naser M. A. M. Effectiveness of A Simple Image Enhancement Method in Characterizing Polyethylene Foam Morphology Using Optical Microscopy // Procedia Chemistry. 2016. Vol. 19. P. 477–484. https://doi.org/10.1016/j.proche.2016.03.041
  19. Yang Y. Q., Biviano M. D., Guo J. X., Berry J. D., Dagastine R. R. Mass transfer between microbubbles // J. Colloid Interface Sci. 2020. Vol. 571. P. 253–259. https://10.1016/j.jcis.2020.02.120
  20. Mazen W. Y., Kanj Y. Review of foam stability in porous media : The effect of coarsening // Journal of Petroleum Science and Engineering. 2022. Vol. 208. P. 109698. https://doi.org/10.1016/j.petrol.2021.109698
  21. Ульянов С. С., Ульянова О. В., Зайцев С. С., Салтыков Ю. В., Ульянов А. С., Федорова В. А. Интерференция GB-спеклов в молекулярной дискриминации бактериальных патогенов : использование метода sLASCA на модели Chlamydiapsittaci // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия : Физика. 2021. Т. 21, вып. 4. С. 315–328. https://doi.org/10.18500/1817-3020-2021-21-4-315-328
  22. Dávila A. Handbook of Speckle Interferometry. Bellingham : Spie Press Book, 2022. 118 p.
  23. Isaeva E. A., Isaeva A. A., Zimnyakov D. A. Structure diagnostics of dispersive two-phase systems using speckle correlation technique // Proc. SPIE. 2019. Vol. 11066. P. 110660Z. https://doi.org/10.1117/12. 2523142
  24. Yuvchenko S. A., Tzyipin D. V., Isaeva A. A., Isaeva E. A., Zimnyakov D. A. Structure changes in metastable and unstable foams probed by multispeckle diffusing light spectroscopy // Proc. SPIE. 2018. Vol. 10717. P. 107171I. https://doi.org/10.1117/12.2315909
  25. Кругляков П. М., Ексерова Д. Р. Пена и пенные пленки. М. : Химия, 1990. 432 с.
  26. Coussot P. Scaling approach of the convective drying of a porous medium // Eur. Phys. J. B. 2000. Vol. 15. P. 557– 566. https://doi.org/10.1007/s100510051160
  27. Zimnyakov D. A., Yuvchenko S. A., Isaeva A. A., Isaeva E. A., Tsypina D. V. Growth/collapse kinetics of the surface bubbles in fresh constrained foams : Transition to self-similar evolution // Colloids and Surfaces A. 2019. Vol. 579. P. 123693. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2019.123693
Поступила в редакцию: 
02.05.2022
Принята к публикации: 
30.05.2022
Опубликована: 
30.09.2022