An experimental study of bubble behaviour at liquid-liquid interfaces

Abstract

I metallindustri er tapping en prosess som kan tilføre mye luft til det smeltede metallet og flytende slagget. Dette kan medføre transport av metall inn i slagget via stigende metalldekkede bobler. Målet med denne oppgaven er å studere oppførselen til boblene i et kaldt eksperiment med høy-viskositet parafinolje stablet på vann. Ved å bruke dimensjonsløse tall har fenomener som medbringelse, film-kollaps og stansing av bobler på sjiktet mellom oljen og vannet blitt studert. Forsøk på å beskrive grenseverdiene for disse fenomenene slik at resultatene stemmer overens med tidligere arbeid og er overførbare til metallindustri har blitt gjort. Webertallet har blitt utpekt som en av de mest lovende dimensjonsløse parametererne, og grenseverdien er 1.0477 for filmkollaps. Flere dimensjonsløse parametere som minner om Webertallet virker også lovende. En annen god parameter er Kappilærtallet delt på Ohnesorgetallet, med en grenseverdi av 1.0236. pi_2 * Eo har også vist seg å være interessant, med en grenseverdi på 4.8723e-3. Grenseverdier for de andre fenomenene kunne ikke bestemmes.

En vannstråle som ble dannet inne i boblene mens vannfilmen kollapset rundt den ble observert. Dette fenomenet er, etter forfatterens kunnskap, fortsatt ubeskrevet i litteraturen.

In metal industry tapping is a process that may aerate the molten metal and liquid slag. This can contribute to transport of metal into the slag by rising metal-entrained bubbles. The goal of this thesis has been to study the behaviour of bubbles in a cold experiment with high viscosity paraffin oil stacked on water. By the use of dimensionless numbers behaviour such as entrainment, film rupture and bubble arrestation at the interface has been studied. Attempts have been made to describe the threshold values for these behaviours in such a way that it is consistent with previous work and applicable to the metal production industry. The Weber number has been determined to be one of the most promising dimensionless parameters and the threshold value is 1.0477 for film rupture. Several dimensionless parameters that is reminiscent of the Weber number are also promising. Other promising dimensionless parameters are the Capillary number divided by the Ohnesorge number, with a threshold of 1.0236. pi_2 * Eo could also be of use, with a threshold value of 4.8723e-3. Threshold values for the other phenomena could not be determined.

A water jet forming inside the bubbles as the film of water ruptures around the bubbles has been observed. This phenomenon has yet to be described in the literature to the author's knowledge.