Ανάπτυξη φυσαλίδων διοξειδίου του άνθρακα σε κορεσμένο διάλυμα, υπό συνθήκες μικροβαρύτητας

Abstract

Σκοπός της παρούσης Μεταπτυχιακής Διατριβής είναι η μελέτη της ανάπτυξης φυσαλίδων διοξειδίου του άνθρακα σε κορεσμένο διάλυμα υγρού - αερίου. Η ανάπτυξη φυσαλίδων σε υγρά παίζει σημαντικό ρόλο σε φαινόμενα όπως η σπηλαίωση, ο βρασμός, αλλά και στη διεργασία του πολυμερισμού για την κατασκευή πολυμερικών αφρών, τη βιομηχανία κατασκευής γυαλιού, και τη βιομηχανία τροφίμων. Εξάλλου, η ανάπτυξη μικρών φυσαλίδων επιδιώκεται σε μία πληθώρα εφαρμογών, όπως η επεξεργασία αποβλήτων νερού, οι βιολογικοί αντιδραστήρες και η οξυγόνωση του αίματος. Το φαινόμενο της ανάπτυξης φυσαλίδων είναι γενικά περίπλοκο, εμπλέκοντας ταυτόχρονη μεταφορά μάζας, ορμής και ενέργειας, μεταξύ της αναπτυσσόμενης φυσαλίδας και του υγρού που την περιβάλλει. Τα πειράματα μας διεξήχθησαν σε συνθήκες μικροβαρύτητας κατά τη διάρκεια της 26Ίς Καμπάνιας Παραβολικών Πτήσεων της Ευρωπαϊκής Υπηρεσίας Διαστήματος. Τα υγρά τα οποία χρησιμοποιήθηκαν στα πειράματα που έγιναν ήταν το νερό, το επτάνιο και ένα μείγμα 80-20% κ.β. γλυκερίνης-νερού, ενώ το χρησιμοποιούμενο αέριο ήταν το διοξείδιο του άνθρακα. Κατά τη διάρκεια του πειράματος δινόταν ένας θερμικός παλμός, καθορισμένης θερμικής ισχύος και χρονικής διάρκειας, μέσω ενός εμβαπτισμένου στο διάλυμα θερμαντήρα, και η αναπτυσσόμενη φυσαλίδα καταγραφόταν σε βίντεο, έτσι ώστε να υπολογιστεί στη συνέχεια η μεταβολή της διαμέτρου της συναρτήσει του χρόνου. Η μέτρηση της διαμέτρου της φυσαλίδας έγινε με τη βοήθεια υπολογιστικού κώδικα, αναλύοντας τα δεδομένα εικόνας. Η μορφή της καμπύλης μεταβολής της αναπτυσσόμενης φυσαλίδας, που παρατηρήθηκε στα πειραματικά αποτελέσματα, είναι παραβολική για τα αρχικά στάδια ανάπτυξης αυτής, όπου η διάμετρος της είναι ανάλογη της τετραγωνικής ρίζας του χρόνου, και στη συνέχεια γραμμική, όπου η διάμετρος της φυσαλίδας είναι ανάλογη του χρόνου. Αυτή η συμπεριφορά παρατηρήθηκε και για τα τρία χρησιμοποιούμενα υγρά. Όταν η διάμετρος της αναπτυσσόμενης φυσαλίδας είναι ανάλογη της τετραγωνικής ρίζας του χρόνου, ελέγχων μηχανισμός είναι η διάχυση μάζας και θερμότητας. Ο ρυθμός αύξησης της διαμέτρου της αναπτυσσόμενης φυσαλίδας εξετάστηκε ως συνάρτηση της φύσης του υγρού, της προσφερόμενης θερμικής ισχύος και της θερμοκρασίας του thermistor, κατά τη διάρκεια του θερμικού παλμού.