In this study, in order to evaluate the yield of bubble by ultrasonic cavitation in HIFU sonication, the bubble image analysis was performed. The changing phenomenon of cavitation effect according to the sonication condition was discussed by analyzing the bubble image. Especially the appearance of bubble cloud, the size of micro-bubble, and the yield of bubble were considered. The 500 KHz and 1.1 MHz concave type ultrasonic transducers were used for HIFU sonication. Computer controlled digital camera was used to obtain the bubble image, and the binary image processing(binarization coefficient : 0.15) was performed to analyze them. In results of 500 KHz and 1.1 MHz transducer, the area of bubble cloud was increased in proportion to the rise in sonication intensity($R^2$ : 0.7031 and 0.811). The mean size of single microbubble was measured as 98.18 um in 500 KHz sonication, and 63.38 um in 1.1 MHz sonication. In addition, the amount of produced bubble was increased in proportion to sonication intensity. Through the result of this study and further study for variable image processing method, the quantitative evaluation of ultrasonic cavitation effects in HIFU operation could be possible with the linearity associated with the sonication conditions.
Underwater environmental pollution caused by microplastic particles is considered to be one of the most serious problems in many oceans and countries nearby. Previous academic studies or field technologies tried to remove the micro-sized particles are often energy-consuming and costly, so it is hard to be employed for the actual uses. In this study, the mechanism of removal of micro-sized polyethylene spheres (size in order of 100㎛) using a rising bubble is experimentally investigated. It is found that the particles are either affected by bubble wake, thus translocated close to the water surface, or pushed far away by the surrounding fluid flow, depending on their initial position relative to the bubble. By scrutinizing the visualized behaviors of bubble-particle interaction, we draw the governing parameter, i.e., the polar angle between the particle and the bubble, to determine the effective capturing of the particles with a rising bubble.
The main advantage of dissolved air flotation (DAF) in water treatment process is the small dimension compared with conventional gravity sedimentation and it can be basically reduced by the separation zone performed with the short solid-liquid separation time. Fine bubbles make such a short time possible to carry out solid from liquid separation as a collector on the course of water treatment. Therefore, the dimension of separation zone in DAF process is practically determined by the rise velocity of the bubble-floc agglomerates, which is a floc attached with several bubbles. To improve flotation velocity and particle removal efficiency in DAF process, many researchers have tried to attach bubbles as much as possible to flocs. Therefore, the maximum number of attached bubble on a floc and the rise velocity of bubble-floc agglomerates considered as the most important factor to design the separation zone of flotation tank in DAF process was simulated based on the population balance theory. According to the simulation results of this study, the size and volume concentration of bubble influenced on the possible number of attached bubble on a floc. The agglomerates attached with smaller bubble was more sensitive to hydraulic loading rate in the separation zone of DAF process. For the design of a high rate DAF process applied over surface loading 40 m/hr. it is required a precise further study on the variation of bubble property and behavior including in terms of bubble size distribution.
In a closed square cavity filled with a liquid, a cooled the upper horizontal wall and a heated the lower horizontal wall, the flow isn't generated under the ground-based condition when Rayleigh number is lower than 1700. In such case the flow phenomena near an air bubble under a cooled horizontal wall were investigated. The temperature and the flow fields were studied by using the Thermo-sensitive Liquid-Crystal and the image processing. The qualitative analysis for the temperature and the flow fields were carried out by applying the image processing technique to the original data. Injecting bubble at the center point of upper cooled wall, the symmetry shape of two vortexes near an air bubble was observed. The bubble size increased, the size of velocity and the magnitude of velocity increased. In spite of elapsed time, a pair of two vortexes was the unique and steady-state flow in a square cavity and wasn't induce to the other flow in the surround region.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.31
no.11
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pp.904-911
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2007
A measurement technique fur void fraction has been proposed using a time-resolved two-phase PIV system and the bubble dynamics has been investigated in gas-liquid two-phase flows. For the three-dimensional evaluation of the bubble information, both the images from the front and side views are simultaneously recorded into a high speed CCD camera by reflecting the side view image on a $45^{\circ}$ oriented mirror to be juxtaposed with the front view image. Then, a stereo-matching technique is applied to calculate the void fraction, bubble size and shape. To obtain the rising bubble velocities, the 2-frame PTV method was adopted. The present technique is applied to freely rising bubby flows in stagnant liquid. The results show that the increase of bubble flow rate gives rise to the increase of bubble size and rising velocity at first. If it goes over a certain level, the rising velocity becomes constant and the horizontal velocity grows bigger instead due to the obstruction of other bubbles.
Fracture near the U-10Mo/cladding material interface impacts fuel service life. In this work, a mesoscale stress model is developed with the fuel foil considered as a porous medium having gas bubbles and bearing bubble pressure and surface tension. The models for the evolution of bubble volume fraction, size and internal pressure are also obtained. For a U-10Mo/Al monolithic fuel plate under location-dependent irradiation, the finite element simulation of the thermo-mechanical coupling behavior is implemented to obtain the bubble distribution and evolution behavior together with their effects on the mesoscale stresses. The numerical simulation results indicate that higher macroscale tensile stresses appear close to the locations with the maximum increments of fuel foil thickness, which is intensively related to irradiation creep deformations. The maximum mesoscale tensile stress is more than 2 times of the macroscale one on the irradiation time of 98 days, which results from the contributions of considerable volume fraction and internal pressure of bubbles. This study lays a foundation for the fracture mechanism analysis and development of a fracture criterion for U-10Mo monolithic fuels.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.14
no.6
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pp.1365-1373
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1994
A Monte-Carlo simulation model, developed to predict size distribution of air bubbles in turbulent shear flow, is applied to a laboratory-scale problem. Sensitivity to various numerical and physical parameters of the model is analyzed. Practical applicability of the model is explored through comparisons of results with experimental measurements. Bubble size increases with air-water discharge ratio and friction factor. Bubble size decreases with increasing mean flow velocity, but the total bubble surface area in the aeration region remains fairly constant. The effect on bubble size distribution of the longitudinal length increment in the simulation model is negligible. A larger radial length increment yields more small and large bubbles and fewer in between. Bubble size distribution is significantly affected by its initial distribution and the location of air injection. Collision efficiency is introduced to explain the discrepancy between collisions with and without coalescence.
Park, Cheolsoo;Jeong, So Won;Kim, Gun Do;Moon, Ilsung;Yim, Geuntae
The Journal of the Acoustical Society of Korea
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v.39
no.3
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pp.151-162
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2020
This paper presents an acoustic inversion method for estimating the bubble size distribution. The estimation error of the attenuation coefficient represented by a Fredholm integral equation of the first kind is defined as an objective function, and an optimal solution is found by applying the Levenberg-Marquardt (LM) method. In order to validate the effectiveness of the inversion method, numerical simulations using two types of bubble distribution are performed. In addition, a series of experiments are carried out in a water tank (1.0 m × 0.54 m × 0.6 m), using bubbles generated by three different generators. Images of the distributed bubbles are obtained by a high-speed camera, and the insertion losses of the bubble layer are measured using a source and a hydrophone. The image is post-processed to glance a distribution characteristics of each bubble generator. Finally, the size distribution of bubbles is estimated by applying the inversion method to the measured insertion loss. From the inversion results, it was observed that the number of bubbles increases exponentially as the bubble size decreases, and then increases again after the local peak at 70 ㎛ - 120 ㎛.
The flow fields in Gas Bubble Driven Circulation Systems were numerically analyzed. In various gas flow rate and bubble size, the flow characteristics were predicted. Eulerian-Eulerian approach was used for the formulation of both the continuous and dispersed phases. The modification of the general purpose computer program PHOENICS code was employed to predict the mean flow fields, turbulent characteristics, gas dispersion, volume fraction. The predicted shows very satisfactory agreement with experimental results for all regions of ladle. The results are of interest in the design and operation of wide variety of material processing.
In multiphase flne the bubble size and velocity. To achieve this, one of approaches is to utilize laser phase-Doppler anemometry. However, it was found that the second order refraction has great impact on PDA sizing method when the relative refractive index of media is less than one. In this paper, the problem of second order refraction is investigated and a model of phase-size correlation to eliminate the measurement errors is introduced for bubble sizing. As a result, the model relates the assumption of single scattering mechanism in conventional phase-Doppler anemometry. The results of simulations based on this new model by using Generalized Lorenz Mie Theory (GLMT) are compared with those based on the conventional method. An optimization method for accurately sizing air-bubble in water has been suggested.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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