Tlumící účinek povrchově aktivních látek na vyvolané tvarové deformace bublin

Bubliny v kapalině jsou součástí mnoha průmyslových aplikací. Kapaliny zpravidla obsahují povrchově aktivní látky, které se adsorbují na povrchu bublin a ovlivňují tak významně jejich chování. Tato práce zkoumá tlumící účinek povrchově aktivních látek na deformace povrchu bublin ve dvou experimentech. Rychloběžná kamera je využita pro sledování řízených oscilací bubliny a odrazu bubliny od pevné stěny. Tyto experimenty jsou provedeny v čisté vodě a ve vodných roztocích pěti různých povrchově aktivních látek. Pořízené videozáznamy umožňují porovnat frekvence a časy útlumu vyvolaných oscilací a též míru utlumení odrazu bubliny od pevné stěny.

Bylo zjištěno, že povrchová elasticita bubliny hraje klíčovou roli a že existuje univerzální vztah mezi disipací energie během deformace bubliny a koncentrací povrchově aktivní látky na jejím povrchu. Čas útlumu deformací rychle klesá se stoupající koncentrací povrchově aktivní látky, dosahuje minima a pro vysoké koncentrace se stabilizuje na konečné hodnotě. Pro maximální utlumení mezifázových deformací je v obou studovaných případech potřeba dosáhnout přibližně stejné optimální hodnoty povrchové elasticity (4 mN/m). Odraz bubliny od stěny je navíc velmi citlivý na přítomnost i pouze stopového množství povrchově aktivní látky.

Obr. (i) Experimentální aparatura umožňující studium vlivu povrchově aktivních látek na deformace bublin při dvou nezávislých experimentech: řízené oscilace bubliny přichycené na kapiláře a spontánní náraz bubliny na stěnu.

(ii) Adsorpce molekul povrchově aktivní látky z kapaliny na povrch bubliny vede ke změnám povrchové elasticity a k rychlejšímu utlumení tvarových deformací bubliny.

Vobecká L., Orvalho S., Zedníková M., Vejražka J., Tihon J.: Damping effect of surfactants on induced bubble shape deformations. Physics of Fluids 35(12), 122120, 2023. DOI:  10.1063/5.0174954