화학공학소재연구정보센터
Korean Journal of Rheology, Vol.3, No.1, 47-55, April, 1991
미분형 Maxwell 유체내 구형기포의 수축에 관한 연구
A Study on the Collapse of Spherical Bubbles in Maxwell Fluids of Differential Model
초록
본 연구에서는 구형기포가 미분형의 upper convected Maxwell 모델을 따르는 유체내에서 수축할 때의 현상을 이론적으로 해석하였다. 수치해법으로는 Lagrangian 좌표계에서 지배방정식을 유도 사용함으로써 자연스럽게 자유표면을 추적하는 동시에 압력변수도 반복에 의하지 않고 직접적인 방법(explicit numerical scheme)으로 계산할 수 있는 Galerkin-유한요소법을 개발 사용하였다. 본 연구의 결과 유체의 탄성은 변형초기에 충분히 발달치 못하기 때문에 수축을 가속화시키지만, 수축 후기에는 지연시킴을 알 수 있었다. 수축의 속도는 적분형 Maxwell 유체에서 보다 빠른 것을 알 수 있었는데, 이는 유체의 정지이력(rest history)에 의한 것으로 판단되었다. 또한 Maxwell 유체내에서 기포가 수축할 경우 탄성에 의한 반동(rebound)현상이 나타나며, 반동이 점성에 의하여 감쇄될 때의 진폭과 주기는 비례함을 보였다.
In this research, the collapse of a spherical bubble contained in a large body of fluid was analyzed theoretically. The governing equations were derived in the Lagrangian frame of reference, and a fully explicit numerical scheme was developed using the Galerkin-finite element method for the upper convected Maxwell fluid of differential model. It was observed that the fluid elasticity accelerated the collapse in the early stage due to the slow growth of viscoelastic stress, while in the laster stage, it retarded the collapse. In the differential model fluid, the pace of bubble collapse was faster than in the integral model fluid, which was ascribed to the effect of rest history. During the collapse bubble rebounds were observed and the rebound period scaled the amplitude.
  1. Ellis AT, Waugh JG, Ting RY, Trans. ASME J. Basic Eng., 92, 459 (1970)
  2. Ting RY, Ellis AT, Phys. Fluids, 17, 1461 (1974) 
  3. Hoyt JW, Trans. ASME J. Fluids Eng., 98, 106 (1976)
  4. Ting RY, Phys. Fluids, 21, 898 (1978) 
  5. Chahine GL, Fruman DH, Phys. Fluids, 22, 1406 (1979) 
  6. Shima A, Tomita Y, Phys. Fluids, 27, 539 (1984) 
  7. Foggler HS, Goddard JD, Phys. Fluids, 13, 1135 (1970) 
  8. Ting RY, AIChE J., 21, 810 (1975) 
  9. Papanastasiou AC, Scriven LE, Macosko CW, J. Non-Newton. Fluid Mech., 16, 53 (1984) 
  10. Pearson G, Middleman S, AIChE J., 23, 714 (1977) 
  11. Johnson ED, Middleman S, Polym. Eng. Sci., 18, 963 (1978) 
  12. Kim C, HWAHAK KONGHAK, 28(1), 85 (1990)
  13. Hassager O, J. Non-Newton. Fluid Mech., 9, 321 (1981) 
  14. Coleman CJ, J. Non-Newton. Fluid Mech., 8, 261 (1981) 
  15. Lee SJ, Denn MM, Crochet MJ, Metzner AB, Riggins GJ, J. Non-Newton. Fluid Mech., 14, 301 (1984)