Dynamical mass-transfer process of a CO2 bubble measured by using LIF/HPTS visualisation and photoelectric probing

Authors

  • Kodai Hanyu,

    1. Graduate School of Engineering, Shizuoka University, 3-5-1 Johoku, Naka-ku Hamamatsu, Shizuoka 432-8561, Japan
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  • Takayuki Saito

    Corresponding author
    1. Graduate School of Science and Technology, Shizuoka University, 3-5-1 Johoku, Naka-ku Hamamatsu, Shizuoka 432-8561, Japan
    • Graduate School of Science and Technology, Shizuoka University, 3-5-1 Johoku, Naka-ku Hamamatsu, Shizuoka 432-8561, Japan.
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Abstract

We directly visualised the dynamical mass-transfer process from a zigzagging rising CO2 bubble (2.9 mm in equivalent diameter) to its surrounding liquid by using laser-induced fluorescence/8-hydroxypyrene-1, 3, 6-trisulfonic acid (LIF/HPTS). We measured the surrounding liquid motion induced by bubble buoyancy using particle image velocimetry (PIV). Further, the CO2 concentration profile inside the bubble wake was measured directly by using a newly developed photoelectric optical fibre probe (POFP). Making the best and mutually complementary use of these three measurement techniques, we discuss the relationship between the mass-transfer process and the flow structure. We succeeded in clearly visualising CO2-rich regions corresponding with the dynamical mass-transfer process from the bubble to the wake and the surrounding liquid (LIF/HPTS). We also obtained a CO2 concentration profile in the bubble wake (the POFP). It was found that the CO2-rich regions were formed into horseshoe-like vortices; the CO2 concentration at the centre region of the wake was the highest, and the concentration decreased toward the outer edge of the wake; the CO2-rich regions were transported widely into the surrounding liquid by the advective liquid-phase flows (PIV). In addition, we discuss the performance and characteristics of the newly developed POFP.

Abstract

Nous avons visualisé directement le processus de transfert de masse dynamique d'une bulle de CO2 qui monte en zigzag (2,9 mm en diamètre équivalent) à son liquide environnant en utilisant la FIL (fluorescence induite par laser) et le HPTS (8-hydroxypyrène-1,3,6-acide trisulfonique). Nous avons mesuré le mouvement du liquide environnant produit par la flottabilité des bulles à l'aide de la vélocimétrie par images de particules (VIP). De plus, le profil de concentration en CO2 à l'intérieur du sillage des bulles a été mesuré directement en utilisant une sonde à fibre optique photoélectrique nouvellement créée. En faisant la meilleure utilisation et l'utilisation mutuellement complémentaire de ces trois techniques de mesure, nous discutons de la relation entre le processus de transfert de masse et la structure de circulation. Nous avons réussi à visualiser clairement les régions riches en CO2 qui correspondent au processus de transfert de masse dynamique de la bulle au sillage et le liquide environnant (FIL/HPTS). Nous avons également obtenu un profil de concentration en CO2 dans le sillage des bulles (la sonde à fibre optique photoélectrique). On a découvert que les régions riches en CO2 ont été formées en tourbillons semblables à des fers à cheval; la concentration de CO2 dans la région centrale du sillage était à son maximum et la concentration a diminué vers le rebord extérieur du sillage; les régions riches en CO2 ont été transportées largement dans le liquide environnant par les circulations de phase liquide advectives (VIP). De plus, nous avons discuté du rendement et des caractéristiques de la sonde à fibre optique photoélectrique nouvellement créée.

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