6. CONCLUSIONI
Nel presente lavoro si è affrontato lo studio sperimentale dell’interazione tra una bolla di gas che risale in un liquido e la superficie del liquido stesso. Tale interazione, che si può considerare una particolare forma di coalescenza, riveste particolare interesse nello studio della formazione delle schiume e nella emissione di gocce secondarie al momento in cui la cavità formata dalla coalescenza della bolla con la superficie si richiude, che si verifica ad esempio nel raffreddamento tramite uno spray. In particolare, l’attenzione è stata rivolta alla fase di coalescenza tra la bolla e la superficie e non alla successiva emissione di gocce secondarie.
L’indagine di letteratura, che riporta esperimenti condotti quasi esclusivamente con acqua e aria, mostra che tale interazione presenta una fenomenologia complessa. Non sempre infatti la coalescenza avviene immediatamente quando la bolla tocca la superficie, ma la bolla stessa può andare incontro ad un numero più o meno grande di rimbalzi ed anche al momento in cui la bolla risiede stabilmente sulla superficie è necessario un certo lasso di tempo prima che il liquido nel sottile film che la confina superiormente venga drenato. Tutto questo può ritardare l’esplosione della bolla e far sì che essa interagisca con le successive bolle in arrivo, in alcuni casi coalescendo con esse e dando luogo a bolle di dimensioni più grandi.
Per analizzare questa complessa fenomenologia, è stato costruito un apparato sperimentale in grado di operare con fluidi di diversa natura e quindi di diverse proprietà fisiche. La bolla viene generata attraverso l’iniezione di gas in ugelli di diversi diametri: in tal modo è possibile variarne le dimensioni, mentre la velocità di impatto con la superficie può essere variata aumentando o diminuendo la distanza tra l’ugello e la superficie libera del liquido.
L’analisi è stata condotta principalmente tramite acquisizione di immagini con una telecamera ad alta velocità dotata di un obbiettivo microscopico. La visualizzazione ottimale dell’impatto della bolla con la superficie, parallelamente alla superficie stessa, è ostacolata dalla formazione di un menisco liquido alla parete del recipiente, la cui presenza scherma quasi completamente la zona di interesse. Si è fatto pertanto ricorso ad un sistema di rinvii tramite specchi, progettato e costruito appositamente, che permette di riprendere contemporaneamente, nello stesso fotogramma, il fenomeno da due angolazioni diverse, una di pochi gradi al di sotto e l’altra di pochi gradi al di sopra della superficie. Le immagini così ottenute, ad una velocità di 1000 frames al secondo e con una risoluzione da 30 a 60 pixel per millimetro, sono state analizzate sia manualmente, determinando il numero di rimbalzi ed il tempo di coalescenza, che numericamente, tramite l’ausilio di routines appositamente sviluppate in ambiente Matlab che hanno consentito di determinare diametro e velocità di impatto delle bolle con la superficie. Sono state condotte prove con cinque differenti fluidi (acqua, alcool etilico, FC72, HFE7100, glicol etilenico) utilizzando due ugelli di differente diametro per l’iniezione delle bolle e diversi valori della distanza ugello- superficie tra 6 e 15 mm, per un totale di 72 prove.
La successiva analisi delle prove ha evidenziato alcune limitazioni di visualizzazione che non hanno consentito in tutti i casi di determinare tutti i parametri dell’impatto; la mancanza di tempo ha purtroppo impedito, per il momento, la ripetizione delle stesse in migliori condizioni di illuminazione. I dati ottenuti, tuttavia, costituiscono un primo e significativo database sperimentale di questo tipo di interazione per fluidi diversi dall’acqua, ed evidenziano da un lato la sostanziale concordanza dei dati con quanto riportato in letteratura, facendo tuttavia intravedere un ruolo più complesso della viscosità del fluido nel fenomeno.
In futuro, l’attività potrà proseguire modificando l’apparato per utilizzare un sistema più omogeneo di illuminazione, basato su LED anziché su lampade alogene, ed analizzando anche il numero e la dimensione delle gocce secondarie emesse dopo la coalescenza.
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