The flow of foam around an obstacle in Hele-Shaw cell

Loading...
Thumbnail Image
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Perustieteiden korkeakoulu | Master's thesis
Date
2017-11-07
Department
Major/Subject
Engineering Physics
Mcode
SCI3056
Degree programme
Master’s Programme in Engineering Physics
Language
en
Pages
57+5
Series
Abstract
This study investigates the flow of a two-dimensional foam between two parallel plates. The project includes building the appropriate experimental apparatus, which would allow studying the flow field around a circular obstacle by filming the bubbles with a regular camera. Furthermore, it has the required flexibility to study the effect of boundary conditions, induced by the cell, to the foam rheology are studied by varying the flow driving. The experiments show that the driving of the flow, whether it is by pressure or moving the obstacle, has a significant effect to the flow field and thus to the foam rheology. The distinct values of static and dynamic friction between the bubbles and the top and bottom plate are expected to be the cause of the difference in the data obtained with different boundary conditions. Also the foam flow around the obstacle is found to be influenced by the foam’s liquid-gas ratio. Finally, the velocity field is compared to the changes in the bubble contacts. Despite the difficulties in the analysis, the results indicate that bubbles rearrange more frequently at the parts of the device where the spatial variation of the velocity is rapid.

Tässä työssä tutkitaan kaksiulotteisen vaahdon virtausta kahden yhdensuuntaisen levyn välissä. Työn osana rakennetaan kokeisiin soveltuva mittalaite, jolla vaahdon virtaamista pyöreän esteen ympärillä voidaan tutkia kuvaamalla kuplia tavallisella kameralla. Tämän lisäksi työssä tutkitaan kammion virtaukselle aiheuttamien reunaehtojen vaikutusta vaahdon reologiaan muuttamalla virtauksen aiheuttavaa mekanismia. Kokeet osoittavat, että virtauksen syntymekanismi, joko paine-ero tai esteen liike, vaikuttaa merkittävästi virtauskenttään ja siten vaahdon reologiaan. Syynä tähän pidetään kuplan ja seinämän välisen staattisen ja dynaamisen kitkan välistä eroa. Myös vaahdon muodostavien kaasun ja nesteen tilavuusosuuksien suhteen havaitaan vaikuttavan vaahdon virtaukseen esteen ympärillä. Lopuksi nopeuskenttää verrataan muutoksiin vaahdon kuplien järjestyksessä. Huolimatta analyysin haasteellisuudesta saadut tulokset viittaavat siihen, että kuplat uudelleen järjestyvät useammin alueilla, joissa nopeus kenttä muuttuu nopeasti paikan suhteen.
Description
Supervisor
Alava, Mikko
Thesis advisor
Koivisto, Juha
Puisto, Antti
Keywords
foam, rheology, negative wake, Hele-Shaw cell
Other note
Citation