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Experimental study of turbulent bubbly jet. Part 1. Simultaneous measurement of three-dimensional velocity fields of bubbles and water

Kim, Dong und Schanz, Daniel und Novara, Matteo und Seo, Hyunduk und Kim, Youngwoo und Schröder, Andreas und Kim, Kyung Chun (2022) Experimental study of turbulent bubbly jet. Part 1. Simultaneous measurement of three-dimensional velocity fields of bubbles and water. Journal of Fluid Mechanics, 941 (A42), Seiten 1-35. Cambridge University Press. doi: 10.1017/jfm.2022.301. ISSN 0022-1120.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
8MB

Offizielle URL: https://www.doi.org/10.1017/jfm.2022.301

Kurzfassung

This study proposes a method for simultaneous measurements of time-resolved three-dimensional velocity fields of the dispersed and continuous phases of a turbulent bubbly jet at a low void fraction using Lagrangian particle tracking (LPT) velocimetry with the Shake-The-Box algorithm. Four high-speed cameras are used to acquire time series of images that include both bubbles and fluid tracer particles. Bubbles are firstly tracked using intensity differences between tracer particles and bubbles, then the bubble images are removed from the camera images and all tracer particles are tracked using the residual images. Subsequently, FlowFit interpolation is applied to the LPT results obtained by phase separation to investigate flow characteristics of a bubbly jet. The bubbly jet was divided into two regions along the vertical direction: jet-like and plume-like regions. Streamwise vortex structures of continuous phase were generated mainly by the rising bubbles. The Gaussian and top-hat velocity profiles matched well with the ensemble-averaged fluid and bubble velocities, respectively. The measured slip velocity in the radial direction was not constant but linearly increased. The classical assumption of self-similarity with Gaussian profiles for fluid velocity and bubble concentration is experimentally verified. The fluid volume flux and entrainment coefficient are obtained as a function of the slip velocity, void fraction, plume and bubble width based on three-dimensional measurements. We found that the classical integral theory agrees well with experiments in the plume region.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/186429/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Zusätzliche Informationen:ISSN: 1469-7645 (Online), Published online by Cambridge University Press: 04 May 2022, A42 Print publication: 25 June 2022
Titel:Experimental study of turbulent bubbly jet. Part 1. Simultaneous measurement of three-dimensional velocity fields of bubbles and water
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Kim, Dongdongkim (at) ulsan.ac.krNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schanz, DanielDaniel.Schanz (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-1400-4224NICHT SPEZIFIZIERT
Novara, Matteomatteo.novara (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-8975-0419NICHT SPEZIFIZIERT
Seo, Hyundukhdseo0123 (at) pusan.ac.krNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kim, Youngwooywkim (at) pusan.ac.krNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schröder, Andreasandreas.schroeder (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-6971-9262142754187
Kim, Kyung Chunkckim (at) pusan.ac.krNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:4 Mai 2022
Erschienen in:Journal of Fluid Mechanics
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:941
DOI:10.1017/jfm.2022.301
Seitenbereich:Seiten 1-35
Herausgeber:
HerausgeberInstitution und/oder E-Mail-Adresse der HerausgeberHerausgeber-ORCID-iDORCID Put Code
Professor Caulfield, C. P.Dept. of Applied Mathematics and Theoretical Physics|Centre for Mathematical Science|Wilberforce Road|Cambridge CB3 0WA|UKNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Verlag:Cambridge University Press
Name der Reihe:JFM Papers
ISSN:0022-1120
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Bubbly jet, two-phase flows, Lagrangian Particle Tracking, Shake-The-Box, Turbulence
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Luftfahrt
HGF - Programmthema:Effizientes Luftfahrzeug
DLR - Schwerpunkt:Luftfahrt
DLR - Forschungsgebiet:L EV - Effizientes Luftfahrzeug
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):L - Virtuelles Flugzeug und Validierung
Standort: Göttingen
Institute & Einrichtungen:Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik > Experimentelle Verfahren, GO
Hinterlegt von: Micknaus, Ilka
Hinterlegt am:15 Jun 2022 08:39
Letzte Änderung:21 Sep 2023 12:46

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