ISSN: 2476-6909; Modares Mechanical Engineering. 2019;19(12):3039-3049

C I T A T I O N L I N K S

Copyright© 2019, TMU Press. This open-access article is published under the terms of the Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License which permits Share (copy and redistribute the material in any medium or format) and Adapt (remix, transform, and build upon the material) under the Attribution-NonCommercial terms.

Experimental Analysis of Micro- Nano Bubble Formation inside Venturi Tube with High Speed Photography and Image Processing

[1] Stability of nanobubbles by quantum ... [2] Evaporation dynamics of ... [3] Washing effect of ... [4] Reduction of turbulent skin friction by ... [5] Focused ultrasound propagation in water containing many therapeutical ... [6] Bubble generation for aeration and other ... [7] Microbubble ... [8] Impact of groundwater salinity on bioremediation enhanced by ... [9] Atkins physical ... [10] Evidence of the existence and the stability of nano-bubbles in ... [11] Water treatment by induced air flotation using ... [12] Bubbles, drops and ... [13] Principle and applications of microbubble and nanobubble ... [14] Zeta potential of microbubbles in aqueous solutions: electrical properties ... [15] Micro- and Nano bubbles: fundamentals and ... [16] Base and technological application of micro-bubble ... [17] Free-radical generation from collapsing microbubbles ... [18] Entrapped air in ... [19] Annular two-phase ... [20] A study of two-phase flow in inclined ... [21] Two-phase flow in complex ... [22] Bubble formation at a single orifice in highly ... [23] Size of bubbles generated from porous ... [24] Permeation of liquid through porous glass membrane ... [25] Gas-inducing impeller design and ... [26] A theoritical model for bubble formation at a frit surface in ... [27] Bubbles size distribution formed by depressurizing ... [28] Effect of pressure on bubble size in dissolved air ... [29] Experimental study on the new micro-bubble generator ... [30] Generation of micro gas bubbles of uniform diameter in an ... [31] Generation of submicron bubbles using venturi ... [32] Water treatment technology and facility in ... [33] Injection performance and influencing factors in self-priming ... [34] Numerical simulation of venturi ejector reactor in yellow phosphorus ... [35] Study on flow in Venturi-mixer EGR for a turbo charged diesel ... [36] An approach to evaluate Venturi-device effects on gas wells ... [37] Digital image ... [38] Robust analysis of cavitating flows in the Venturi ... [39] Investigation of air-water two phase flow through a ... [40] Modelling the performance of venturi ... [41] Development of a pressure drop model for a variable throat venturi ... [42] CFD modeling of droplet dispersion in a Venturi ... [43] Simulating the effects of structural parameters on the hydraulic ... [44] Numerical cavitation model for simulation of mass flow stabilization ... [45] Numerical simulation of asymmetric flow in Venturi ... [46] The numerical simulation of the influence of ... [47] Geometry and head loss in Venturi injectors through computational fluid ... [48] Analysis on the effect of venturi tube structural parameters on fluid [49] Application of image processing techniques in ... [50] Fluctuating characteristics of two-phase air-water slug ... [51] Image processing techniques for high-speed ... [52] Develop a high speed photography technique ... [53] A visualized study of the motion of individual bubbles in ...

In this research, micro-nano bubbles formation inside the venturi tube has been investigated using image processing technique and high-speed photography. For the purpose, two models of venturi tubes with different dimensions were made of light and transparent plexiglass and then they were tested with various water flow discharges. After the injection of air into the venturi tube, a high-speed camera has been used to capture images of two-phase flows passing through the venturi tube. The captured images were processed by MATLAB software. After investigating the results and obtaining the average diameter of the bubbles, the number of Micro-Nano bubbles and the velocity in the center of venturi tube have been calculated and the related graphs have been analyzed. The results show that reducing bottleneck length and increasing flow discharge inside the venturi tube lead to the formation of smaller bubbles and the number of Micro-Nano bubble increases.

A B S T R A C TA R T I C L E I N F O

Article TypeOriginal Research

AuthorsGhannadi M.1 PhD,Saghravani S.F.*1 PhD,Niazmand H.2 PhD

Keywords Micro-Nano Bubbles; Matlab; Venturi Tube; Image Processing; High Speed Photog-raphy

*CorrespondenceAddress: Civil Engineering Depart-ment, Shahrood University, Shah-rood, IranPhone: -Fax: -saghravani@shahroodut.ac.ir

1Civil Engineering Department, Shahrood University, Shahrood, Iran2Mechanical Engineering Depart-ment, Ferdowsi University, Mash-had, Iran

Article HistoryReceived: December 2, 2018 Accepted: May 26, 2019 ePublished: December 21, 2019

How to cite this articleGhannadi M, Saghravani S.F, Niaz-mand H. Experimental Analysis of Micro- Nano Bubble Formation in-side Venturi Tube with High Speed Photography and Image Processi-ng. Modares Mechanical Engineer-ing. 2019;19(12):3039-3049.

 ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ و همکارانی قناد نیمه ۳۰۴۰

۱۳۹۸ آذر، ۱۲، شماره ۱۹دوره مدرسپژوهشی مهندسی مکانیک -ماهنامه علمی

باب نانو ح -کرویم یریگشکل یشگاهیآزما لیتحلپرسرعت و یبرداربه کمک عکس یدر لوله ونتور ریپردازش تصو

PhD مهین قنادی

، ایراندانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، عمران یمهندس گروه PhD *ساغروانیاله سیدفضل

، ایراندانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، عمران یمهندسگروه PhDحمید نیازمند

، ایراندانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، کیمکان یمهندس گروه

چکيده یلتشک ریپردازش تصو یکتکنبرداری پرسرعت و عکسبا استفاده از یقتحق یندر امورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور یدر لوله ونتور نانو حباب -یکروم

گلس که سبک و شفافاز جنس پلکسی با ابعاد مختلف یلوله ونتورنمونه دو ند. اقرار گرفته یشآب مورد آزما یاناز جر یمختلف یهایساخته شده و با دب است

ریان ج پس از تزریق هوا به داخل لوله ونتوری، با استفاده از دوربین با سرعت بالا ازه شدهای تهیهبرداری شده است. عکسدوفازی عبوری از داخل لوله ونتوری عکس

افزار متلب مورد پردازش قرار گرفته است. پس از بررسی نتایج و به دست توسط نرمها و سرعت در مرکز لوله نانو حباب -ها، تعداد میکروآوردن قطر متوسط حباب

بوطه مورد تحلیل قرار گرفته است. نتایج ونتوری به دست آمده و نمودارهای مرا ها می شود و بدهد که کاهش طول بخش گلوگاه باعث ریزترشدن حبابنشان می

و نان -شوند و میکروها ریزتر میافزایش دبی جریان در لوله ونتوری نیزحباب شود.های بیشتری تشکیل میحباب سرعتبرداری پری، پردازش تصویر، عکسونتورلوله متلب، حباب، نانو -یکرومها: واژهکلید

۱۱/۹/۱۳۹۷ تاريخ دريافت: ۰۵/۳/۱۳۹۸ تاريخ پذيرش:

saghravani@shahroodut.ac.irنويسنده مسئول: * مقدمه -۱

مولکولی ظرافتو قتد بارا ساختارها طراحی توانایی نانو فناوری در ساختار یک قیقد مهندسی معنای به ین. اآوردیم فراهم تمیا

قتد ینا با ساختارهایی که. نانومتر است همان یا میلیاردیم حد نشان خوداز یفردمنحصربهو یژهو خصوصیات ،شوندیم تهیه چهره بتواند فناوری ینامیلادی ۲۰۵۰ سال تارود می نتظار. ادهدیم فقط نانو فناوری همیتا لیل. دهدد تغییر کلی طور بهرا بشر ندگیز

محدوده نانودر مواد بعادبودن ا. کوچکنیستآن بعادبودن اکوچک ستحکام،ا نگ،ر جملهاز هاآن تیذا یهایژگیودر تغییر باعث هک ستا هایژگیو در تغییر همینو شودمی یرهو غ یریپذواکنشدر نانو فناوریاستفاده به مندعلاقه نشمندان،دا شودمی باعث قعباشند. در وا نسانا ندگیز بهترشدن برای مختلف، یهارشتهدر تغییراز ستفادها بلکه نیست، جدید فناوری یک نانو فناوری

هاییفناوری تمام برو ستا نانو بعادیامحدوده در مواد یهایژگیو یل. به دلگذاردمی ریتأث ستآورده ا دست به تاکنون نسانا که

و علوم باآن نزدیک تباطو ار نانو فناوری یادز بسیار گستردگی بین فناوری یک فناوری ینا که ینا لیلد بهو یگرد یهایفناور یعلمنه یزم یا شتهر یک به متعلقآن را توانینم ست،ا یارشته یهارشته بین همکاری فناوری یندر ا پیشرفت برایو نستدا خاص نانو با مرتبط تحقیقاتی یهاحوزه مروزه. استا ضروری مختلف خواص بررسی ،هاحوزه یناز ا یکی. ستا یافته بسیاری گسترش یهاطیمحاز جدیدی شکل به نانوسیال مفهوم. ستا الاتینانوس

نونا ندازها باذرات ساختنمعلق طریقاز که کندمی شارها چند فازی . شوندمی تهیه پایه سیالدر

.هستند کوچکی بسیار یهاحباب ،هانانوحبابو هاکروحبابیممیکروحباب، رامیکرومتر ۱۰۰۰تا ۱۰در محدوده یهاحباب معمولاً

رامیکرومتر ۱۰۰۰و بزرگتر از نانوحباب رامیکرومتر ۱۰کمتر از .[1]نامندماکروحباب می

از یگرو موارد د یمیو پتروش یوشیمیب یمیایی،شی ندهایفرآ در، شودبه وفور استفاده می یعدر داخل ما شدهپراکندهگاز یهاحباب لاسیون،یآلک ی،کلرزن یمریزاسیون،پل یداسیون،اکسی ندهایفرآمانند یههوا در تصف یهاحباب یژهو یت. اهمیدروژناسیونو ه یرتخم

به توانیم هاکروحبابیمجالب یکاربردها ز. ا[2]باشدفاضلاب می کاملاً و اثرات [3]هایچرب یندر شستشو و از ب هاکروحبابیماثر یطور .اشاره کرد یالاتس یاندر کاهش درگ در جر هاآن یکیمکان

با استفاده از ۱۹۸۴در سال و همکاران ماداوانکه به گزارش ی کاربردهااز . یکی[4]یابدکاهش می %۸۰درگ حدود هاکروحبابیم

در اعمال یدر التراسوند درمان هاکروحبابیم شدهشناختهکمتر یارتعاش یانرژ هاکروحبابیمکه یطور ؛باشدمی یجراح

هاکروحبابیم. [5]کنندمی یلتبد یحرارت یرا به انرژ یکالتراسون یاهروش ینکهبا توجه به ا یدارند ول یزن یگریفراوان د یکاربردها

ناکارآمد هستند، یا متیقگران هاکروحبابیم یدموجود جهت تول یادوارکنندهیام یهاحلراه راً یاخالبته ،ردیگینممورد توجه قرار یادز .[7,6]شده است یافتمساله ینحل ا یبرا خوداز یفردمنحصربه فتارر هر یک هانانوحبابو هاکروحبابیم

در ی متفاوتیکاربردها موضوع ینا به توجه باو هنددمی نشان یژهو سطحدارای هانانوحبابو هاکروحبابیمآب دارند. تصفیه فزایشا هاآن یژهو سطح قطر حباب، کاهش باو هستند بالایی لیخی هانانوحباب -میکرو بیرونیو خلیدا فشار ختلاف. ا[8]یابدمی ستآن ا بیرون فشاراز یشترب حباب یکدرون فشار گاز. ستا یادز از هاحباب خلیدا فشار. باشدمی سطحی کششاز ناشی ینا که

باعث که یگرید علت. [9]شودمی محاسبه لاپلاس -یانگ معادله شودمی مربوط حباب سطح لکتریکیا بار به شودمی نانو حباب ثبات قمطل مقدار. ستا مشاهده قابل تاز پتانسیل یهایریگاندازهدر که

ریقطرا از هاحباب وستنیپهمبه عدم تواندمی تاز پتانسیل بالایی گازها نقباض. اکند توجیه سطحشانروی هاونی فعهدا نیروی باعث که شودمی حباب سطح روی هاونی جذب باعث حباب خلدا

شود و می سطحی ی کششروهاین با کولن فعهدای روهاین تعادل .[10]شودمی نانو یهاحبابباعث ثبات

ست،ا کند بسیار هانانوحبابو هاکروحبابیم نهایی مدنآبالا سرعت. [11]سدرمی خود نهایی سرعتبه عاً یسر حباب یک تشکیلاز پس انونقاز ستفادها با نهایی سرعت ندازها کروی کوچک یهاحباب برای مدنآبالا سرعتو بار سطحی. [12]ستا محاسبه قابل ستوکا

و هاکروحبابیم خصوصیات تشخیصدر صلیای فاکتورها هاحباب سرعت به توجه با میکروحباب هر بار سطحی. [13]ستا هانانوحباب لتع به حقیقت. در گرددمی تعیین تاز پتانسیل مقدارآن و حرکت

توانرا می هاآن تایز پتانسیل مقدار هاکروحبابیم بالای یستاییا تاز هوا، یهاکروحبابیم مقطردر آب .کرد یریگاندازه حتیرا به

نتوایم بنابراین. دهندیم فزایشا ولتمیلی۳۵ حدود تارا پتانسیل منفی بار، دارای pHاز یاگسترده منهدر دا هاکروحبابیم که گفت طحس بار الکتریکی به هانانوحباب ثباتاز قسمتی قعو در وا هستند حباب خلیدا فشار حباب، قطر کاهش با. [14]ستا مربوط حباب

هاابنانوحب یریپذانحلال خلی،دا فشار فزایشا باو یابدمی فزایشا خلیاد فشار فزایشا با که نجاییاز آ بنابراین. یابدمی فزایشدر آب ا

هاکروحبابیم شدنکوچک نرخ یابد،می فزایشا مایعدر گاز نحلالا به هاکروحبابیم ندازه. ا[15]است یشترب هاماکروحبابنسبت به

۳۰۴۱ ریپرسرعت و پردازش تصو یبرداربه کمک عکس یلوله ونتور نانو حباب در -کرویم یریگشکل یشگاهیآزما لیتحلــ ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ

Modares Mechanical Engineering                                                                                                                                 Volume 19, Issue 12, December 2019

کاهش تدریج به بالا یستاییدر آب و ا نیدروی گازها نحلالا علت به هانانوحبابها، میکروحباب شدنیمتلاشو نحلالا ثر. در اابدییم گردندیم تولیدآزاد یهاکالیراد فرآیند ینا طیو در ندیآیم جودو وردم ضد بوو ضد باکتری عنوان به بالا یریپذواکنش علت به که . [16]گیرندمی قرار ستفادها

تسرع بارا بالا سمت به مسیری) ماکروحباب(معمولی حباب یک یک. شودمی متلاشی سطح به سیدناز ر پسو کندمی طی یادز

رایبو کند حرکت مختلفی یهاجهتدرون آب در تواندمی نانوحباب کوچک تدریج بهو بماند پایدار) ماه چند مثلاً (طولانی مانز مدت هاندهیآلا تخریب جهت بیشتر هاکروحبابیم. گرددمی محوو شدهراه میانهدر میکروحباب که مانیز که چرا گیردمی قرار ستفادها مورد

شوک موجو OH [17] یهاکالیراد تولید به منجرشود، می متلاشی به منجر تواندمی میکروحباب ترکیدن. گرددمی ناحیهدر آن .شود هاکشآفت مثلدر آب محلول لیآ یهاندهیآلا شدنیمتلاش

مککآب ییزداکروبیم به تواندمی میکروحباب ترکیدن همچنین ودهب ترنهیهزکمآب، کلرزنی مثل مرسوم یهاروش به نسبتو کرده یا اهو موارد، بیشتردر میکروحباب گازدارد. ناچیزی جانبی ثراتو ا

حباب،میکرو تولید جهت نیزازن گازاز ستفادها ماا باشد.می نیتروژن برخلاف هانانوحبابآب دارد. لودگیآ فعدر ر توجهی قابل تاثیرات

بالایی ماندگاری ماا ندارند بالایی تخریبی قدرت هاکروحبابیم یژگیو ین. اکنند حرکت هاجهت همهدر توانندیمو شتهدا

ذرات ییجاجابهو حمل برای که دهدیمرا مکانا ینا هانانوحباب هانانوحباب. باشند مناسب بسیاردر آب موجود یهاندهیآلاو معلق یهاحباب با مقایسهدر بیشتری بسیار حجم به سطح نسبت. دکننمی حمل خود با بیشتری معلقذرات نتیجهدر نددار معمولی یهایآلودگ فعو ر پاکسازی جهتدر توانندمی هانانوحبابدر توانندمی هانانوحباب. شوند قعوا مؤثرآب یرز تاسیسات با .پیداکنندورود نیز یزر منافذ بهو کنند حرکت مختلف یهاجهت

ریدر ز درزهاو سطوح به متصل یهایآلودگ توانندمی یژگی،و ینا اهیآلودگو سوباتر ین. اکنند حمل خود باو کرده جداآب را سطح یژهو صورت به باشد،می زایماریب عوامل شدر برای مناسبی محل کهی غشاها منافذاز روی سوباتر فعر جهترا هانانوحباب توانمی

یندارد. ا قرار ستفادها مورد ونیلتراسینانوفی غشاها یا فیبری کارکردو عمر طول فزایشا به منجر چشمگیری صورت به فناوری .شودمی غشا

ی فیزیکیهایژگیووقتی دو سیال متفاوت (مانند آب و هوا) با جریان باشند، داشته جریان مجرا یک در زمانهم صورت به مختلف که شودمی سبب دوفاز بین اندرکنش. گیردمی شکل دوفازی. الگوی [18]دهدفی از جریان به صورت تصادفی رخ ی مختلالگوها

جریان چگونگی توزیع هر فاز جریان در برابر فاز دیگر، در مجرای دوفازی یهاانیجرعلامت مشخصه نیترمهمحرکت سیال است.

ی فگاز و مایع است که اشکال مختل یفازهاوجود فصل مشترک بین دارد. از دیدگاه نظری، امکان پیدایش دامنه نامحدودی از فصول

کشش ریتأث عموماً مشترک مختلف بین دو فاز وجود دارد، اما کلش منحنی یهامشترکسطحی بین دو فاز منجر به پیدایش فصل

هارهقط نظیر( کروی اشکال به تبدیل هاآن تمامی پایان در و شودمی . [19]شوندیم )هاحباب و

ین حاکم بر مکانیک قوان کلیه از نیز ی دوفازیهاانیجرهرچند کنند، اما از آنجا که عوامل زیادی سبب نامعینی سیالات تبعیت می

یفازتک یهاانیجردر مقایسه با هاانیجرو پیچیدگی این نوع اند (حتی جریان دوفازی به شدت پیچیده یهاستمیسشوند، می

ها، در مجاری). برای غلبه بر این پیچیدگی یبعدکیجریان دوفازی

هجمل آن از کهاند همختلفی را در پیش گرفت یکردهایرومحققین هاآن از بتوان که ساده ی فیزیکیهامدل بر آزمایش انجام به توانمی معادلات به و کرده استفاده مهندسی و علمی مسائل تحلیل در

.[20]کرد اشاره یافت، دست یترسادهانواع حالات توزیع فصل مشترک بین دو یبندطبقهدر حالت کلی با

،شوندمی نامیده جریان الگوی یا رژیم اصطلاحاً فاز گاز و مایع که وجهت باید. پرداخت هاانیجر نوع این تفسیر و توضیح به توانمی

شکل و موقعیت لهیوسبه معمولاً جریان یهامیرژ این که داشت جریان شدت و فیزیکی خواص و جریان جهت و لوله خط هندسی

قرار ریتأثو شار حرارتی وارد بر دیواره لوله تحت فازها از یک هره بسیار زیادی ک یهاکوشش رغمیعلذکر است که یانگیرند. شامی

به عمل آمده است، یدوفازجریان یهامیرژانواع یبندطبقهبرای کیفی و منطبق بر نقطه نظرات شخصی هاروشولی اغلب این

جریان مختلفی یهامیرژکه تاکنون طوریه محققین هستند. باز اسامی برای این منظور مورد یاگستردهتعریف گردیده و دامنه

یهاانیجرنوع الگوی توزیع برای ۷استفاده قرار گرفته است. ان توپی جری جریان حبابی، دوفازی در خطوط لوله افقی وجود دارد:

جریان ،یالختهجریان جریان موجی، ،یاهیلاجریان یا قالبی، .[21]یاقطرهجریان حلقوی، ستفادها نهیا روز نازلاز معمول طور به هاکروحبابیم تولید برایو خلل یهاواسطه سیلهو به معمولاً یزری هاحباب. [22]شودمی که گاز کنندهپخش، [24]غشا، [22]ثابت جریان یهانازل ،[23]دارفرج,25]اندشده ترکیب هاکنندهکسیم با تولید ما. اشوندمی تولید [26 یختگیآمهمبهاز جلوگیری علت به هاروش ینا با هاکروحبابیم

به غلبا هاکروحبابیم علت همین به .[27]ستا سخت هاحبابرا هاآن توانمی که شوندمی تولید مختلفی یهاله روشیوس

کاویتاسیونی نوع، فشاری نوع ستهد ۳ به مکانیزمشان نوع برحسب .کرد تقسیم چرخشی جریان نوعو

ستوارا هنری قانون بر پایه فشاری، نوع میکروحباب تولید سیستم خلاد تواندمی بیشتری گاز بالا فشاردر قانون ینا بر اساس. ستا

اعشبا گاز با فشار بالادر مایع فشاری، نوع مولد. در شود حل مایع فشار با معمولی محیطدر نازل کانال یک طریقاز سپسو شده فشار، ناگهانی سقوط فرآیند. در شودمی تزریق تمسفرا بابحمیکرو تولیدروش نوع ین. اشوندمی تشکیل هاکروحبابیم

سیستمرود. می کار به فاضلابآب و تصفیه یهاستمیسدر هوادر آن که باشدمی نوع یناز ا (DAF) محلول هوای شناورسازی

طریقاز سپسو شده حلدر آب مگاپاسکال ۵/۰تا ۴/۰ فشاردر یهاحباب ندازه. امیشودآزاد مخزن یک به فشار کاهش یهانازلمیکرومتر ۱۰۰تا ۱۰ بین فشاری نوع سیستماز ستفادها با شده تولید فشار فزایشا با هاحباب ندازها میانگین ینا بر علاوه، [28]باشدیممگاپاسکال ۵/۰از بالاتردر فشار فزایشا ماا کندیم پیدا کاهش شباعا یتاسیونی،در نوع کاو. [29]دارد هااندازه حباب بر کمی خیلی ریتأث یر فشار بخارز به سیالاز نقطه یکدر محیطی فشار که مانیز رمنج که شودمی فاز تغییر یک چارد محیط مایدر د سیال سد،رمی کاویتاسیون یهاحبابآن به که شودمی ی خالیفضاها تولید به

رخ موتورهاو هاپروانهها، پمپدر کاویتاسیون. شودمی گفته آورانیزو نامطلوب فرآیندی موارد ینا کثردر ا معمولاً که هددمی پدیده یناز ا میکروحباب تولید برای محققان حال ینا با. ستا,30]باشدمی مورد همیناز مثال یک نتوریو لوله کنند؛می ستفادها

،پمپ یک گرا باشد.می مخروطی شکل یکدارای نتوریولوله . [31 لوله فشرده بخش، در کند منتقل نتوریو لوله خلدا بهرا سیال پیدا کاهش فشار زمانهمو هددرخ می سرعت فزایشا نتوریو

 ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ و همکارانی قناد نیمه ۳۰۴۲

۱۳۹۸ آذر، ۱۲، شماره ۱۹دوره مدرسپژوهشی مهندسی مکانیک -ماهنامه علمی

. ودشمی نتوریو لوله طریقاز گاز مکش به منجر مرا ینا که کندمی یهاحباب شودمی بیشتر بارهدو دستنییپادر فشار که مانیز

دتولی به منجر مسئله ینا که شوندمی تجزیه سیال به شدهوارد قوعو بر نیز حباب دهندهلیتشک. گاز [32]شودمی کوچکتر یهاحباب

به کاویتاسیون یافت کهدر ۱۹۷۰ سالدر هال دارد. ریتأث کاویتاسیونرا نکاویتاسیودارد. بستگی نامحلول هوای محتوی به مستقیمطور شده تثاب بخشید. بهبود لیآ شیمیایی مواد فزودنا طریقاز توانمی ی خالیفضاها بیشتر تعداد یجادا باعث مواد بعضی که ستا

و ی خالیفضاها ینا تثبیت علت به مرا ینا که شودمی کوچکتر وعن. مولد ستا هاآن یختگیآمهمبهو شدنیمتلاشاز پیشگیری اب میکروحباب تولید. باشدمی مخروطی شکلدارای چرخشی جریان یک با سیال شود،می غازآ مولد خلدا به مماسی مسیرآب از پمپاژ جرمن که کندمی پیدا جریان خلی،دا یوارد ستایدر را چرخشی حرکت نپایی فشار سطحدارای گردابه مرکز. شودمی گردابه یک یجادا به که مانی. زشودآن وارد می خلدا به گاز لیلد همین به باشد،می واه کند،می خارج بسیار بالا چرخشی سرعت با مولدرا از هوا سیال .]7[شودمی میکرو یهاحباب به تبدیلشامل بخش انقباض، بخش یاز سه قسمت اصل یلوله ونتور یک

لوگاه از قسمت گ یانجر یشود. وقتمی یلگلوگاه و بخش انتشار تشکرا همراه با یانسرعت جر یافته وکند سطح مقطع کاهش عبور می

یاثر ونتور یکبه عنوان یدهپد ینا .دهدمی یشافت فشار افزا یک ونیتاسیکاو یدهشود و پدمی خلاء یجادشود که باعث اشناخته می یاگستردهبه طور یونتور یهالوله یر،اخ یهاسالافتد. در اتفاق می

یاحتراق داخل یستمس یعی،انتقال گاز طب یان،جر یریگاندازهدر ست. استفاده شده ا و حذف گرد و غبار یب صنعتاپس یهموتور و تصف

یجت لوله ونتور ازبه عنوان مثال، در انتقال گاز طبیعی، استفاده ث اختلاط بین گاز تولیدشده با فشار کم و گاز طبیعی با فشار بالا باع یاسکرابر ونتور ی،صنعت یهافاضلابکردن یز. در تم]33,43[شودمی

گاز با سرعت بالا در بخش گلوگاه به یکآب توسط یهبا هدف تخل و یرزکو. ]35[یردگمنظور حذف گرد و غبار مورد استفاده قرار می

یشده توسط لوله ونتوریدتول در مورد گاز یطور تئوربه ]36[همکاراندر ی. به عبارت بهتر، استفاده از لوله ونتوراندکردهدر چاه گاز مطالعه

یبترت نیاست و به ا یدمف یاربس یمیاییو بهبود واکنش ش یبترک یراتتغی و یالس یاندرک جر ینشود. بنابرامی ییکارا یشموجب افزا

یتاهم یصنعت یدر انرژ ییجوصرفهبه منظور یدر لوله ونتور فشار دارد. یادیز

هتوج مورد نیز هیدرولیک علمدر که جدید نسبتاً یهاروشاز یکی طلاعاتا پردازشو یجیتالد یراز تصاو ستفادها ست،ا گرفته قرارمحدوده یدند به قادر صرفاً که نسانا چشم برخلاف. ستا هاآن

تصویربرداری یهانیماش ست،ا نور لکترومغناطیسیا طیف مرئی مواجا تا گاما شعهاز ا که لکترومغناطیسا طیف تمامی باً یتقر صاویرت پردازش بنابراین. دهندیم تشخیصرا ستا گسترده یوییراد

توانیم تصویر را یک. ردیگیمبر را در متنوعیو کاربردهای گسترده مختصات y,xکرد که تعریف ,y)f(x بعدیدو تابع یک صورت به

. باشدیم خاص مکانی مختصاتدر آن تصویر شدت fو مکانیf(x که هنگامی ,y) ،y وx ،باشند، ناپیوستهو محدود صورتبه یرصوهر ت یفتوص ین. با انامندیم یجیتالید تصویر یکرا تصویر

کهداد نمایش ماتریس صورت به توانیمرا M×Nبا اندازه یجیتالد لمانا عنوان به یهآرا یناه یدرا هرنامند. می یرتصو یسآن را ماتر سطح بانز یک متلب افزارنرم. ]37[شودیم نامیده پیکسل یا تصویر ینبد .باشدیم یهآن، آرا صلیا لمانو ا ستا فنی محاسبات برای بالا صوصاً مخ ،محاسباتی تکنیکی مسائلاز بسیاری متلبدر یبترت

تنسب کمتری ماندر ز هستند، ماتریسی نمایش شامل که نهاییآدارای افزارنرم ین. استم انجاا قابلفرترن یا C مانند بانیز به

هر. باشدمی ابزارجعبه نام به کاربردی یهاحلراه از یاخانواده M‐function یا file‐Mنام به توابعیاز یامجموعه ابزارجعبه

گسترش بخصوص مسأله یک حل برایرا متلب قابلیت که ستا ابزارجعبه متلب، کاربردی ی بسیارابزارهاجعبهاز یکی. دهدیم

متلب بانز گویاییو ابزارجعبه یندارد. ا نام (IPT) تصویر پردازش ضحاو و فشرده صورت به تصویر پردازش عملیات تا ستا شده باعث ی پردازشافزارهانرم نخسترده را در متلبرو ینو از ا گردد میسر تلب،م افزارنرم مناسب یهاتیقابل به توجه با. ستداده ا قرار تصویر دهش ستفادها تصویر پردازش عملیات نجاما منظور به افزارنرم یناز ا . ستا

مروری بر مطالعات پیشین -۲

ریثتأدرباره یو تجرب یاز محققان به طور تئور یاریبس یبه تازگبر فشار و سرعت در داخل لوله یلوله ونتور یساختار یپارامترها یپارامترهااز یامجموعه کانگدوو یورود. اندنمودهمطالعه

یشنهادپ یلوله ونتور یرا برا یتاسیونبا استفاده از مدل کاو شدهنهیبههوا و آب را در یدوفاز یانجر یشو همکاران آزما گوپتا .]83[اندکرده یافض یشکه با افزا یافتندرا انجام دادند و در یکانال ونترور یکبا استفاده از روش .]93[یابدمی یشافزا یدوفاز یانجر یب، ضریخالن افت فشار درو هاز جمل یاسکرابر ونتور یپارامترها ی،و نظر یتجرب

ند. قرار گرفت یجذب گرد و غبار مورد بررس یبگلو، انتشار قطره و ضررعت س یع،ما -از نسبت گاز یتابع پارامترها، افت فشار ینا یاناز م

و همکاران با وژ .]04‐24[باشدگاز در گلوگاه و مساحت گلوگاه میش پخ یهزاو یشکردند که افزا یشنهادپ یروش عدد یکاستفاده از درجه ٣٠انتشار مطلوب یهزاو یکشود و می یشار جرم یشباعث افزا

.]53[را به دست آوردپخش را در یهاثرات نسبت انقباض و زاو یبه طور عدد نیوو سان

ینکردند و به ا یرا بررس یو درجه خلاء در لوله ونتور یشار جرمو بخش انقباض و گل ینکه حداقل فشار در تقاطع ب یدندرس یجهنت

یو خروج یورود ینبا توجه به اختلاف فشار ب .]43[افتداتفاق میود. شباعث کاهش فشار گلو می یفشار ورود یشافزا ی،لوله ونتور نیاختلاف فشار ب یشافزا ی،با توجه به فشار ورود ین،علاوه بر ا

ریشتشود که فشار گلو بموجب می یلوله ونتور یو خروج یورودو نسبت یخروج و یورود یناختلاف فشار ب یششود. با افزا

و همکاران یانگج .]53,44[یابدمی یشافزا یزن یانقباض، شار جرمرا یانقباض، افت فشار در لوله ونتور یزانم یشکه افزا یافتنددرتا ٢٥/٠ین کردند که نسبت انقباض ب یشنهادپ هاآندهد. می یشافزاو مانزانو .]54,64[است یرمتغ کیلوپاسکال٨٣تا ٦٠ با افت فشار ٥٥/٠

یهاپارامتر ینتافزار فلوبا استفاده ازنرم ٢٠١٦همکاران در سال ینتورو یهاکنندهقیتزررا بر افت هد در ریتأث یشترینکه ب یهندس یرا برا یهندس یپارامترهامورد مطالعه قرار دادند و ،گذارندمی هاآند. قرار دادن یمورد بررس یدرولیکیعملکرد ه ینبه بهتر یابیدستمحل اتصال بخش یهاگوشهکه گردکردن یدندرس یجهنت ینبه ا

انقباض به بخش گلوگاه و بخش گلوگاه به بخش انتشار در لوله قیبه تعو یتاسیونشود و وقوع کاوباعث کاهش افت می یونتور ریتأثکه طول بخش گلوگاه یدندرس یجهنت ینبه ا هاآنافتد. می قطر بخش انقباض وقطر بخش گلوگاه یبر افت هد ندارد ول یچندان

تندیافدر هاآنهمچنین بر افت هد دارند. یادیز ریتأث و بخش انتشارکرد عمل ینبهتر ،پخش کوچکتر یهحال زاو ینکه قطر بزرگتر و در ع

.]47[را دارد یدرولیکیه

۳۰۴۳ ریپرسرعت و پردازش تصو یبرداربه کمک عکس یلوله ونتور نانو حباب در -کرویم یریگشکل یشگاهیآزما لیتحلــ ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ

Modares Mechanical Engineering                                                                                                                                 Volume 19, Issue 12, December 2019

رعت و س یافزار فلوئنت به بررسبا استفاده از نرم انگژ ،٢٠١٧در سال نقباض، ادادن نسبت ییر با تغ یپرداخته است. و یفشار در لوله ونتور

ییرتغ و یپخش و نسبت طول بخش گلوگاه به قطر لوله ونتور یهزاو ییراتتغ یبه بررس یدر لوله ونتور یو خروج یفشار ورود یرمقاد

یجهنت ینبه ا یپرداخته است. و یسرعت و فشار در داخل لوله ونتورپخش کمتر از یهو زاو ٢/٠ که نسبت انقباض کمتر از یکه زمان یدرسنامتقارن دارد. یعتوز یسرعت در طول لوله ونتور ،درجه باشد٣٥

که حداقل فشار در محل تقاطع یدرس یجهنت ینبه ا یو ینهمچن عنییافتد اتفاق می یبخش گلوگاه و بخش انقباض در لوله ونتور

کند. نسبت طول بخشمی ییرکه فشار به شدت تغ ییدر جا قاً یدقبا یلدارد و یبر سرعت در داخل لوله ونتور یکم ریأثتگلوگاه به قطر

به سرعت ینسبت انقباض سرعت در داخل لوله ونتور یشافزا .]48[یابدمی یشافزا جریاندر حباب خودکار شناسایی به مایشگاهیآز تحقیقی در

بر روش ین. اشد پرداخته کوچک قائملوله یکدر سلاگیا -حبابی شکاه برای فیلتر عمالا با( ستا تصویر پردازش تکنیک اساس رخودکا طور بهروش ین). ایریگآستانهو هالبه شناسایی نویزها، طولو قطر متوسط جملهاز حباب به ی مربوطپارامترها تواندمی

ا در ر مهمی نقش پارامترها ین. اکند شناسایی قیقد طور بهرا حبابر د خالی فضای فتارو ر خالی فضای توزیع ینامیکد ینیبشیپ

جملهاز بسیاری صنایعدر که کندمی بازی یدوفاز جریان مواجهآن با یاهستهی راکتورهاو شیمیایی یندهایفرآ .]94[شوندمیآب و یدوفاز جریان مایشگاهیآز سازیمدل به یگرد تحقیقی در یهاکیتکناز یریگبهرهو فشار تحت مجاریو هاتونلدر هوا

نجریا نوسانی یژهو مشخصات تعیین منظور به تصاویر پردازش آب، بید فزایشا باها، بررسی طبق. شد پرداخته هواآب و فازیدو با ضمناً . یابدمی کاهش امواج تفاعو ار نوسانی مواجا موج طول صورت به. شودمی کوچکترآن طولو موج تفاعار هوا، بید فزایشا

مواجا پریود هوا بید فزایشا با که کرد ملاحظه توانمی کیفی شکاه موج پریودو موج طول ینکها ضمن. شودمی ترمنظم نوسانی هددمی نشان مایشگاهیآز طلاعاتا روی شدهانجام بررسی. یابندمی .]50[ستا مجرا قطر برابر مواجدر ا موج طول که یریگدازهان به تصویر پردازش با استفاده از تکنیک یگرد تحقیقی در

پرداخته فقیا لولهدر سلاگا جریاندر فازیدو جریان مشخصات به ی مربوطپارامترها خودکار طور به تصویر پردازش تکنیک با. شد

در .]15[شودزده می تخمین سرعتو بعادا فرکانس، جملهاز حباب مایشگاهیآزاندازه در مکعبی حبابی ستون یکاز یگرید تحقیق

ارائه و پرسرعت یبردارعکساز روش ستفادها باو شد ستفادها یهایژگیو نیترمهم تصویر، پردازش جدید یهاروش

جریان خطوط سرعت، قطر، مانند هاحباب جریان هیدرودینامیکی شده است. ستون یریگاندازه هاحباب توده نوسان بسامدو گاز فاز

متریسانت١٢٠و ارتفاع متریسانت٥×٢٠ مقطع سطحدارای شدهساخته ییردر تغ یهبر ثان متریسانت٧/٠تا ١/٠ ینگاز ب یاست. سرعت ظاهر

در تصویر٦٠٠و ٥٠٠، ٢٠ یهاسرعت با گوناگون بیندور ٣است. از برایو شد ستفادها هاحباب یهایژگیو یریگاندازه برای ثانیه

از حباب یهایژگیمحاسبه وو هاداده تحلیل تصویرها، پردازشو نو شیرو با حباب توده نوسان بسامد. شد ستفادها متلب افزارنرم شرایطها، در حباب ساتر قطر ندازه. امدآ ستد به %٩٥ قتد با

محاسبه %٨/٩٩ و با دقت متریلیم٥/٨تا ٥/٦از هاحباب همپوشانی .]25[شده است

لوله داخل در منفرد یهاحباب حرکت بررسی به همکاران و ژائو

به هاحباببه این نتیجه رسیدند که همه هاآن، اندپرداختهونتوری ی بزرگتر به محض ورود به بخش انتشار قبل از هاحبابویژه کنند و همچنینتغییر شکل قابل توجهی پیدا می شدنشکسته

ی بزرگتر در بخش انتشار هاحباببه ویژه هاحبابدریافتند که همه را هابحباوپاشی شوند و افزایش دبی جریان فرشکسته و ریزتر می

کند ولی محل فروپاشی حباب را چندان تغییر تشدید می .]53[دهدینم یکروحبابم یدتول یبرا کاویتاسیونی نوعاز حاضر پژوهش درهره برده ب یتاسیونکاو یجادا یبرا ی. از لوله ونتورستا شده ستفادها

یبررس یبرا شدهانجاممطالعات یشود تمامشده است. ملاحظه می –میکرو یباشد و رومی یو عمود یافق یهالولهدر هاحباب

یچندان یقاتتحق ونتوریشده توسط لوله یجادای هانانوحبابز شود با استفاده امی یسع یقتحق ینصورت نگرفته است، لذا در ا

-کرویم یلتشک یر،پردازش تصو یکتکنی پرسرعت و بردارعکسر قرا یمورد بررس هاحبابو سرعت و قطر یدر لوله ونتور حبابنانوبا ابعاد مختلف ساخته شده و یدو لوله ونتور یقتحق ین. در ایردگ

.اندگرفتهقرار یشآب مورد آزما یاناز جر یمختلف یهایدببا هاروشمواد و -۳ته گلس ساخی از جنس پلکس یدو نمونه لوله ونتور یقتحق یندر ا

متریسانت۳و ارتفاع ۶/۱به عرض یلیشده است. مقطع لوله مستطباشد. ارتفاع بخش گلوگاه متر می۵/۱باشد. طول لوله میبر یترل۴۲/۰و ۲۹/۰ و ۱۶/۰ی آب با سه دب یاناست. جر متریسانت۳/۰ یشگاهیمدل آزما ۶داده شده است و در کل راز داخل لوله عبو یهثان

قرار گرفته است. یمورد بررس یخاطر بود که هم مقاومت خوب ینگلس به ا یانتخاب جنس پلکس

یاناز جر توانمی یکه دارد به راحت یتیو هم به خاطر شفاف دارد براینمود. یبردارعکس یشگاهآزما یطدر داخل لوله در مح یالس

تا گردید ستفادها CNCلوله از دستگاه برش خلدا فومیزه برش مپپاز پسآب جریان مسیر. در باشد برخوردار کافی قتاز د هابیشآن یرش تنظیم با که ستا شده گرفته نظردر برگشتی جریان یک دنشکنواختی. پس از شودیم کنترل سیستم بهآب ورودی میزانشد و از یقستم تزری، هوا به داخل سیستمآب در داخل س یانجربرای .گردید تصویربرداری یجادشدها یهاحبابو جریان فتارر

شکل از آب رنگی استفاده شده است. هاحبابشناسایی بهتر ت جه شدهساخته یشگاهیآزما یهانمونهدستگاه و ابعاد یکشمات نشان داده شده است. ۱در شکل یربرداریتصو ختلاط،ا نواحیو مایعو ی گازفازها مساحتمحاسبه منظور به

یرساو مدلاز بیندورفاصله نورپردازی، مانند مایشگاهیآز شرایط یخوب به هاآن حرکتو هاحباب تا شدند تنظیم نحوی به پارامترهاdimax پرسرعت بیناز دور مطالعه ینشوند. در ا ییشناسا s1

یمفر٤٥٠٠آلمان با حداکثر سرعت کشور ساخت Pcoکارخانه سازنده رفتهگ قرار مدلاز متری یک فاصله حدوداً و در شده ستفادها یهبر ثان کافی ضوحو تصاویر تا شد نتخابا یاگونه به نمونه بر تمرکز. ستا

دو توسط نورپردازی. باشند شتهرا دا هماز فازها تفکیک برایدر ورن هم،از فازها بهتر پذیریتفکیک برای. گرفت صورت پرژکتور سایر ریتأث کردنکم برای. شد تابانیده سفید یاصفحه به مدل پشت تحقیقاتی مایشگاهدر آز تاریک تاقدر ا مایشآز شنایی،رو منابع صنعتی نشگاهدا مرکزی مایشگاهدر آز قعوا یابیو رد شکارسازیآ

کسل یپ١٠٠٨×١٠٠٨ یرگرفته است. رزولوشن تصاو نجاما شاهرود یهبر ثان یمفر٤٥٠٠ حداکثر حالتروی بیندور تنظیماتباشد. می

فتارر ثانیه صدمدر جریانتا به علت بالابودن سرعت یدانتخاب گرد

 ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ و همکارانی قناد نیمه ۳۰۴۴

۱۳۹۸ آذر، ۱۲، شماره ۱۹دوره مدرسپژوهشی مهندسی مکانیک -ماهنامه علمی

افزار شده با استفاده از نرمیهته یر. تصاوباشد بررسی قابل هاحبابMATLABR2016a .با کدنویسی در مورد پردازش قرار گرفته است

میکروحباب و ینمرز ب کهمیکرومتر ١٠٠٠بزرگتر از ی هاحبابمتلب، میکرومتر ١٠٠٠کوچکتر از یهاحبابماکروحباب است حذف شده و

ارش شدند. و شم ییشناسا

-٤ ،پمپ آب -٣، bypassیرش -٢ ،مدل -١دستگاه ( یکالف: شمات )١شکل

ج: نمونه ،١مدل شماره یشگاهیب: نمونه آزما ،هوا) یقتزر -٥ ،مخزن آب٢مدل شماره یشگاهیآزما

بررسی نتایجبحث و -۴

افزار متلب مورد شده با کدنویسی در نرمی گرفتههاعکستمامی ده شو پردازش یهاول یهاعکساز یکینمونه یبراپردازش گرفتند.

آورده شده ۲در شکل یهبر ثان یترل۲۹/۰ی تحت دب ۲مدل شماره یبرا است.

شده در مدل پردازش یرج: تصو ینری،با یرب: تصویه، اول یرالف: تصو )٢شکل یهبر ثان یترل٢٩/٠ یبا دب ٢شماره

در همه هانانوحباب -یکرو، تعداد مهاعکس یپس از پردازش تمام -یکروتعداد م ییراتآمده است. نمودار تغ دست به هامیفر

مورد ی، در سه دب۲و ۱مدل شماره ینسبت به زمان برا هانانوحباب نشان داده شده است. ۲و ۱نمودارهای در یببه ترت یشآزما

با گذر شود که، ملاحظه می۲و ۱شده در نمودارهای نتایج ثبتطبق ماند، یثابت م باً یتقر یاشود کمتر می هانانوحباب -کرویمزمان تعداد

شده لیتشک یهانانوحباب -کرویماست که با گذر زمان یلدل ینبه ار اند. اگخارج شده یاند و از محدوده عکاسحرکت کرده و به جلو رفته

-کرویم یداریتوان پااز کل لوله فراهم بود می یعکاسامکان نمود. یرا بررس هانانوحبابر د هانانوحباب -کرویم دادتع یممبهتر، نمودار ماکز یسهجهت مقا

رسم شده ۳در نمودار ۲و ۱شماره یهامدل یمختلف برا یهایدب است.

(الف)

(ب)

(ج)

الف: ؛١مختلف در مدل شماره یهازمان در هانانوحباب -کرویمتعداد )١نمودار Q=0.16lit/s :بQ=0.29lit/s :جQ=0.42lit/s

۳۰۴۵ ریپرسرعت و پردازش تصو یبرداربه کمک عکس یلوله ونتور نانو حباب در -کرویم یریگشکل یشگاهیآزما لیتحلــ ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ

Modares Mechanical Engineering                                                                                                                                 Volume 19, Issue 12, December 2019

(الف)

(ب)

(ج)الف: ؛٢مختلف در مدل شماره یهازمان در هانانوحباب -کرویمتعداد )٢نمودار

Q=0.16lit/s :بQ=0.29lit/s :جQ=0.42lit/s

یهامدل یمختلف برا یهایدبدر هانانوحباب -کرویمتعداد یممماکز )٣نمودار ٢ و ١شماره

شود که در هر دو مدل، با ملاحظه می ۳و ۲، ۱با توجه به نمودارهای زیشده نیلتشک یهانانوحباب -کرویمتعداد یانجر یدب یشافزا ]35[و همکاران ژائوی هاافتهبا ی کاملاً یابد که این نتیجه می یشافزا

-کرویمتعداد ۲در مدل شماره که دهد نشان می نمودارهاتطابق دارد. ز ا یشتربدر هر سه دبی مورد آزمایش، شده یلتشک یهانانوحباب

که طول بخش گلوگاه کوتاه تر شده یوقت ، یعنیاست ۱مدل شماره که زمانیشده است. یلتشک بیشتری یهانانوحباب -کرویماست

فته در یای تشکیلهانانوحباب -کرویمدبی جریان کمتر است تعداد یکسان است و کوچکترشدن طول بخش گلوگاه باً یتقرهر دو مدل

نداشته است. نانوحباب -کرویمگیری چندانی بر شکل ریتأثمختلف یهامیفرحباب در یابیآوردن سرعت از رددستبه برای

ینه به ابعاد مدل و رزولوشن دورباستفاده شده است. با توجبا یندورب باشد. اگرمتر می یسانت۰۱۴/۰ یکسلشده، هر پاستفادهرا بعد ∆Xکند و حباب فاصله یبردارعکس یهبر ثان یمفرmسرعت

شود:محاسبه می ۱مختلف از رابطه قاطکند، سرعت در ن یط یمفرnاز ∆

∆

∆ ∆ . .0.014 )۱(

معادل یعنی یدر فاصله دو گام زمان هاحباب یابینمونه، رد یبرادر شکل ۲مدل شماره یبرا یهثان بر یترل۱۶/۰ یدر دب هیثانیلیم۴۴۴/۰، فرآیند خروج حباب از بخش گلوگاه ۴در شکل آورده شده است. ۳

و واردشدن آن به بخش انتشار و ترکیدن و ریزشدن حباب در لیتر بر ثانیه ۱۶/۰تحت دبی ۲ی متوالی برای مدل شماره هامیفر

نشان داده شده است. با توجه به سرعت دوربین مورد استفاده که هیثانیلمی۲۲۲۲/۰فریم بر ثانیه است، هر فریم با گام زمانی ۴۵۰۰شود حباب بعد از خروج از گلوگاه که وارد بخش باشد. ملاحظه میمی

شود، به تدریج که سطح مقطع لوله ونتوری انتشار لوله ونتوری میشدن شود و سرعت جریان شروع به کمدر این قسمت بزرگتر می

کند، پدیده کاویتاسیون اتفاق کند و فشار شروع به افزایش میمی ی ریزترهاحبابشکسته شده و تبدیل به افتاده و حباب بزرگ

شود. میشود که به محض ورود حباب به ملاحظه می ۴با توجه به شکل

دهد و پس از ورود به تغییر شکل می عاً یسربخش انتشار حباب ]53[و همکاران ژائوشود که با نتایج بخش انتشار دچار فروپاشی می

و محاسبه سرعت در نقاط هاحباب یابیپس از ردتطابق دارد. کاملاً یتمام یبرا یسرعت در مرکز لوله ونتور ییراتمختلف، نمودار تغ

سرعت در نقاط مختلف در ییرات. نمودار تغاسترسم شده هامدلمورد یدر سه دب ۲ و ۱شماره یهامدل یبرا ی،مرکز لوله ونتور

آورده شده است. ۵و ۴نمودارهای در یببه ترت یشآزماشود که ملاحظه می ۵و ۴نمودارهای شده در نمودار رسم با توجه به

نیاست که ا یافته یشافزا یزسرعت ن ،در هر دو مدل یدب یشبا افزا یشگاهیآزما یجتطابق دارد و صحت نتا Q=A.V یدب یبا رابطه تئور

کند. می یانرا بشود که در قسمت گلوگاه شده، ملاحظه میرسم ینمودارهاتوجه به با

لوله است، لذا انتظار یبرابر سطح مقطع در ورود ۱/۰چون سطح مقطع لوله یبرابر سرعت در ورود ۱۰ باً یتقرقسمت ینرود که سرعت در امی

ثال م یحاصل شده است، برا یقتحق یناز ا یزن یجهنت ینباشد که اسرعت یناست بنابرا متریسانت۳×۶/۱چون ابعاد سطح مقطع لوله

برابر با یهبر ثان یترل۱۶/۰ یبا دب ۲ و ۱ یهامدل یقسمت ورود دردر یدب ینباشد و مطابق نمودار مربوط به امی یهمتر بر ثان۳۳۳/۰

متر ۴ حدوداً شود که سرعت در گلوگاه ملاحظه می، ۵و ۴نمودارهای یهتر بر ثانم۳۳/۳با یخوب یببا تقر کهآمده است دست به یهبر ثان کند. می یبرابر

0.16 0.29 0.42

model 1 299 624 1024

model 2 333 1060 1273

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

Max. Count of Micro Bubbles

Q(lit/s)

 ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ و همکارانی قناد نیمه ۳۰۴۶

۱۳۹۸ آذر، ۱۲، شماره ۱۹دوره مدرسپژوهشی مهندسی مکانیک -ماهنامه علمی

یهبر ثان یترل١٦/٠ یبا دب ٢محاسبه سرعت در مدل شماره یبرا در مرکز لوله ونتوری مختلف یهازمان در هاحباب یابیرد) ٣شکل

یهبر ثان یترل١٦/٠ یبا دب ٢در مدل شماره شدن حباب بعد از خروج از گلوگاهو شکسته مختلف یهازمان در هاحباب یابیرد )٤شکل

۳۰۴۷ ریپرسرعت و پردازش تصو یبرداربه کمک عکس یلوله ونتور نانو حباب در -کرویم یریگشکل یشگاهیآزما لیتحلــ ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ

Modares Mechanical Engineering                                                                                                                                 Volume 19, Issue 12, December 2019

١در مدل شماره در مرکز لوله ونتوری سرعت ییراتتغ یمنحن )۴نمودار

٢منحنی تغییرات سرعت در مرکز لوله ونتوری در مدل شماره ) ۵نمودار

برابر با یهبر ثان یترل۲۹/۰ یبا دب ۲ و ۱ یهامدل یدر ورود سرعت

۴ هایشده در نموداررسم ینمودارهااست و مطابق یهمتر بر ثان۶/۰ یشود که سرعت در قسمت گلوگاه برا، ملاحظه مییدب ینا یبرا ۵و

۲مدل شماره یو برا یهثان متر بر۶ باً یتقر یدب یندر ا ۱مدل شماره عت با سر یآمده است که با دقت خوب دست به یهمتر بر ثان۷ یباً تقر کنند. می یبرابر یهمتر بر ثان۶

یهبر ثان یترل۴۲/۰ یبا دب ۲و ۱ یهامدل یسرعت در ورود همچنین ۴شده در شکل رسم ینمودارهااست و مطابق یهمتر بر ثان۹/۰برابر با

سرعت در قسمت شود که ، ملاحظه مییدب ینا یبرا ۴نمودار و دست به یهمتر برثان۹ باً یتقر یدب یندر ا ۲و ۱مدل شماره یگلوگاه برا

کنند.می یبرابر یهمتر بر ثان۹با سرعت بیآمده است که با دقت خوشود که با کوچکترشدن طول ملاحظه می ۵و ۴نمودارهای یسهبا مقا

ان تودر کل می یاست ول یافتهکاهش یاندک ،بخش گلوگاه، سرعتدارد و سرعت ن ییراتتغ یرو یچندان ریتأثطول گلوگاه ییرگفت تغ ذار است. گریتأثسرعت یرو یدب ییراتفقط تغ لیحاصل از تحل یجسرعت با نتا ییراتتغ ینا یبعد یقاتدر تحق سرعت ییراتتغ ینبودن منحنیکنواختخواهد شد. یسهمقا یعدداز وجود حباب و حرکت حباب یتواند ناشمی ۵و ۴نمودارهای در

باشد. ی ریگجهینت -۵دهد که با کوچکترشدن طول بخش گلوگاه تعداد نشان می یجنتا زایشاف ،شودمی یلتشک یهایی که در لوله ونتورنانوحباب -کرویمیابد. همچنین با افزایش دبی جریان در داخل لوله ونتوری مین شود. ولی نتایج نشای بیشتری تشکیل میهانانوحباب -کرویم

ریأثتجریان کمتر است تغییر طول بخش گلوگاه داد زمانی که دبیندارد و با افزایش دبی هاحبابنونا -کرویمقابل توجهی در تعداد

تری ی بیشهانانوحباب -کرویمجریان و کوچکترشدن بخش گلوگاه، یندانچ ریتأثکوچکترشدن طول بخش گلوگاه تشکیل شده است.

ندارد. یسرعت در لوله ونتور ییراتتغ یرو یعدد یلتحت تحل هانمونه ینهم شود،ی سعی میبعد العاتدر مط

حاصل از یجو نتا گیردقرار OpenFOAMافزار با استفاده از نرم . شود یسهمقا یعدد یجبا نتا یقتحق

هامایشگمحترم آز نیمقاله از مسئول سندگانینوتشکر و قدردانی:

و ریتقد ودشاهر صنعتی هنشگادا یابیو رد یزسارشکاآ تحقیقاتی .ندینمایتشکر م

بیان نشد. توسط نویسندگان دموراین تاییدیه اخلاقی: بیان نشد. د توسط نویسندگانموراین تعارض منافع:

نویسنده اول)، پژوهشگر اصلی ( یقناد نیمه سهم نویسندگان:(نویسنده دوم)، پژوهشگر اصلی یساغروان الهدفضلیس )؛%٣٤( )%٣٣)، پژوهشگر اصلی (سوم(نویسنده ازمندین دیحم )؛%٣٣(

توسط دانشگاه صنعتی شاهرود تامین شده است. منابع مالی:

منابع1‐ Prevenslik T. Stability of nanobubbles by quantummechanics. In: Proceeding of topical problems of fluidmechnics; 2014 Feb 19‐21; Institute ofThermomechanics,CzechAcademyofSciences,Prague.p.113‐116.2‐ Zimmerman WB, Al‐Mashhadani MKH, BandulasenaHCH. Evaporation dynamics of microbubbles. ChemicalEngineeringScience.2013;101:865‐877.3‐ Wataneabe K. Washing effect of Microbubbles. In:Proceedings of FLUCOME 2013. 12th InternationalConference on Fluid Control, Measurements, andVisualization;2013Nov18‐23;Nara,Japan.p.OS1‐01‐1.4‐ Madavan NK, Deutsch S, Merkle CL. Reduction ofturbulent skin friction byMicrobubbles. The Physics ofFluids.1984;27(2):356.5‐KanagawaT.Focusedultrasoundpropagationinwatercontaining many therapeutical Micro‐bubbles. In:Proceedings of FLUCOME 2013. 12th InternationalConference on Fluid Control, Measurements, andVisualization;2013Nov18‐23;Nara,Japan.p.OS6‐04‐4.6‐ Zimmerman WB, Tesař V. Bubble generation foraeration and other purposes. British PatentGB20060021561, Filed Oct 2006 [cited 2018 Sep 23].Available from:https://patents.google.com/patent/US201000025347‐ZimmermanWB,TesarV,ButlerS,BandulasenaHCH.Microbubble generation.RecentPatents inEngineering.2008;2(1):1‐8.8‐ Li H, Hu L, Xia Z. Impact of groundwater salinity onbioremediation enhanced by micro‐nano bubbles.Materials.2013;6(9):3676‐3687.9‐AtkinsPW,DePaula J.Atkinsphysical chemistry. 8thEdition.NewYork:OxfordUniversityPress;2006.10‐ Ushikubo FU, Forukawa T, Nakagawa R, Enari M,MakinoY,KawagoeY,etal.Evidenceoftheexistenceandthe stability of nano‐bubbles in water. Colloids andSurfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects.2010;361(1‐3):31‐37.11‐LiP,TsugeH.Watertreatmentbyinducedairflotationusingmicrobubbles.JournalofChemicalEngineeringof

R² = 0.9071

R² = 0.9896

R² = 0.9851

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0

U (m/s)

X (cm)

Q=0.16 lit/s Q=0.29 lit/s Q=0.42 lit/s

R² = 0.9258 R² = 0.9775

R² = 0.9773

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0

U (m/s)

X (cm)

Q=0.16 lit/s Q=0.29 lit/s Q=0.42 lit/s

 ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ و همکارانی قناد نیمه ۳۰۴۸

۱۳۹۸ آذر، ۱۲، شماره ۱۹دوره مدرسپژوهشی مهندسی مکانیک -ماهنامه علمی

Japan.2006;39(8):896‐903.12‐ Clift R, Grace JR, Weber ME. Bubbles, drops andparticles.Mineola:DoverpublicationsInc;2005.13‐AgarwalA,JernNgW,LiuY.Principleandapplicationsof microbubble and nanobubble technology for watertreatment.Chemosphere.2011;84(9):1175‐1180.14‐ Takahashi M. Zeta potential of microbubbles inaqueoussolutions:electricalpropertiesofthegas‐waterinterface. Journal of Physical Chemistry B.2005;190(46):21858‐21864.15‐ Tsuge H, editor. Micro‐ and Nano bubbles:fundamentals and applications. Boca Raton: CRC press;2014.16‐ TakahashiM. Base and technological application ofmicro‐bubble and nanobubble. Materials Integration.2009;22(5):2‐19.17‐ TakahashiM, ChibaK, Li P. Free‐radical generationfromcollapsingmicrobubblesintheabsenceofadynamicstimulus. Journal of Physical Chemistry B.2007;111(6):1343‐1347.18‐MartinCS.Entrappedairinpipelines.In:Proceedingof the2nd InternationalConferenceonPressurePurges;1976Sep22‐24;Cranfiled,Bedford,England.19‐ Hewitt GFH, Taylor NSH. Annular two‐phase flow.Oxford:PergamonPress;1970.20‐ Beggs HD, Brill JP. A study of two‐phase flow ininclined pipes. Journal of Petroleum Technology.1973;25(5):607‐617.21‐ Levy S. Two‐phase flow in complex systems. NewYork:JohnWiley&Sons,Inc;1999.22‐ Terasaka K, Tsuge H. Bubble formation at a singleorifice in highly viscous liquids. Journal of ChemicalEngineeringofJapan.1990;23(2):160‐16523‐MiyaharaT,TanakaA.Sizeofbubblesgeneratedfromporousplates. JournalofChemicalEngineeringofJapan.1997;30(2):353‐355.24‐ Yazawa T, Nakamichi H, Tanaka H, Eguchi K.Permeation of liquid through porous glass membranewithsurfacemodification.JournaloftheCeramicSocietyofJapan.1988;96(1109):18‐23.25‐ Forrester SE, Rielly CD, Carpenter KJ. Gas‐inducingimpeller design and performance characteristics.ChemicalEngineeringScience.1998;53(4):603‐615.26‐ JohnsonBD,GersheyRM,CookeRC,SutcliffeWH.Atheoriticalmodelforbubbleformationatafritsurfaceina shear field. Separation Science and Technology.1982;17(8):1027‐1039.27‐VlyssidesAG,MaiST,BarampoutiEMP.Bubblessizedistribution formed by depressurizing air‐saturatedwater. Industrial & Engineering Chemistry Research.2004;43:2775‐2780.28‐ HanM, Park Y, Lee J, Shim J. Effect of pressure onbubble size in dissolved air flotation. Water Supply.2002;2(5‐6):41‐46.29‐ Fujiwara A, Takagi S, Watanabe K, Matsumoto Y.Experimentalstudyon thenewmicro‐bubblegeneratorand its application to water purification system. In:Proceeding of the 4th Joint Fluids Summer EngineeringConference; 2003 July 6‐10; Honolulu, Hawaii, USA.ASME/SME;2003.p.469‐473.30‐MakutaT,TakemuraF,HiharaE,MatsumotoY,ShojiM.Generationofmicrogasbubblesofuniformdiameterin an ultrasonic field. Journal of Fluid Mechanics.2006;548:113‐131.31‐ Wiraputra IGPAE, Edikresnha D, Munir MM,Khairurrijal. Generation of submicron bubbles usingventuritubemethod.JournalofPhysics:Conference

Series.2016;739:012058.32‐TutsumiK.Watertreatmenttechnologyandfacilityinfuture.KagakuSoti.2004;1:71‐80.[Japanese]33‐ZhouY,ShunZ,GuH,MiaoZ.Injectionperformanceandinfluencingfactorsinself‐primingVenturiscrubber.CIESCJournal.2015;66(1):99‐103.34‐ Wang XJ, Tang L, Jiang Z. Numerical simulation ofventuriejectorreactorinyellowphosphoruspurificationsystem. Nuclear Engineering and Design. 2014;268;18‐23.35‐ZhuY,ChaoMA,ZhangXW.StudyonflowinVenturi‐mixerEGRforaturbochargeddieselengine.TransactionsofCSICE.2002;(6):546‐550.36‐Quiroz‐P´erezE,V´azquez‐Rom´anR,Lesso‐ArroyoR,Barrag´an‐Hern´andez VM. An approach to evaluateVenturi‐deviceeffectsongaswellsproduction JournalofPetroleumScienceandEngineering.2014;116:8‐18.37‐GonzalezRC,WoodsRE.Digitalimageprocessing.3rdEdition. NewYork:PearsonPrenticeHall;2008.38‐RodioMG,CongedoPM.RobustanalysisofcavitatingflowsintheVenturitube.EuropeanJournalofMechanics‐B/Fluids.2014;44(2):88‐99.39‐GuptaB,NayakAK,KandarTK,NairS.Investigationofair‐water two phase flow through a venture.Experimental Thermal and Fluid Science. 2016;70:148‐154.40‐ Pulley RA. Modelling the performance of venturiscrubbers. Chemical Engineering Journal. 1997;67(1):9‐18.41‐ Viswanathan S. Development of a pressure dropmodel for a variable throat venturi scrubber. ChemicalEngineeringJournal.1998;71(2):153‐160.42‐ Ahmadvand F, TalaieMR. CFDmodeling of dropletdispersion in a Venturi scrubber. Chemical EngineeringJournal.2010;160(2):423‐431.43‐ Sun Y, Niu W. Simulating the effects of structuralparameters on the hydraulic performances of VenturiTube. Modelling and Simulation in Engineering.2012;2012:458368.44‐KonstantinovS,TselischevD,TselischevV.Numericalcavitationmodelforsimulationofmassflowstabilizationeffect in ANSYS CFX. Modern Applied Science.2015;9(4):21‐31.45‐JiangY,YangM,GuoC,ShenS.Numericalsimulationof asymmetric flow in Venturi tube. CIESC Journal.2014;6(S1):223‐228.46‐ShenSW,YangM,JiangYH,WangZY.ThenumericalsimulationoftheinfluenceofVenturiburner’sstructureon rich/lean separation. Journal of EngineeringThermophysics.2015;36(2):347‐350.47‐ManzanoJ,PalauCV,deAzevedoBM,doBomfimGV,Vasconcelos DV. Geometry and head loss in Venturiinjectors through computational fluid dynamics.EngenhariaAgrícola.2016;36(3):482‐491.48‐ Zhang JX. Analysis on the effect of venturi tubestructural parameters on fluid flow. AIP Advances.2017;7(6):065315.49‐BuiDinhT,ChoiTS.Applicationofimageprocessingtechniques in air/water two phase flow. MechanicsResearchCommunications.1999;26(4):463‐468.50‐Kabiri SamaniA. Fluctuating characteristicsof two‐phase air‐water slug flow in pressurized pipelines.Journal of Water and Wastewater. 2009;20(2):62‐68.[Persian]51‐ do Amaral CEF, Alves RF, da SilvaMJ, Arruda LVR,Dorini L, Morales REM, Pipa DR. Image processingtechniquesforhigh‐speedvideometryinhorizentaltwo‐

۳۰۴۹ ریپرسرعت و پردازش تصو یبرداربه کمک عکس یلوله ونتور نانو حباب در -کرویم یریگشکل یشگاهیآزما لیتحلــ ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ

Modares Mechanical Engineering                                                                                                                                 Volume 19, Issue 12, December 2019

phaseslug flow.FlowMeasurmentandInstrumentation2013;33:257‐264.52‐ Asadi H, Hormozi F. Develop a high speedphotography technique and image processing todeterminethebubblecharacteristicsinthebubble

column.NSMSIJournal.2014;32(4):71‐80.[Persian]53‐ Zhao L, Mo Z, Sun L, Xie G, Liu H, DuM, Tang J. Avisualizedstudyofthemotionofindividualbubblesinaventuri‐ type bubble generator. Progress in NuclearEnergy.2017;97:74‐89.