본 연구에서는 수평 Hele-Shaw 셀내에서 주변 액체에 의하여 구동되는 오염된 기포의 운동과 변형을 해석하였다. 효과적인 계면변형을 해석하기 위하여 서로 섞이지 않는 물과 실리콘오일 계를 2상 흐름에 대한 기본계로 채택하였다. 셀 내에 물기포의 유동 및 계면변형에 대한 계면오염의 영향은 계면활성제의 농도를 변화시키면서 조사하였다. 실리콘 오일의 기본유동의 크기가 작을 경우에 기포의 모양은 전반적으로 원 또는 타원모양을 보여주었다. 기본유동의 크기가 커질수록 기포는 유동방향으로 신장되었으며, 이때의 기포속도는 기본유동보다 큰 것으로 관측되었다. 계면이 임계 micelle 농도이하로 오염되어 있고 기포의 유동이 기본유동보다 빠른 경우에는, 신장된 기포는 유동방향에 대하여 둥근 선단부와 날카로운 꼬리의 후미부를 갖는 기포의 모양으로 변형되었다. 그러나, 계면활성제의 농도가 더욱 증가하여 임계 micelle 농도에 이르게 되면 기포의 신장된 길이는 오히려 감소하는 경향을 보여주었다. 이와 같은 관측들은 계면오염에 기인하는 것으로 고려된다. 즉, 계면변형은 기포의 계면을 따라 오염물이 다르게 분포되어 계면장력에 의한 원형의 구조가 불안정해지는 Marangoni 효과에 의한 것으로 고려된다.

The motion and deformation of contaminated bubbles driven by a surrounding liquid in a horizontal Hele-Shaw cell has been studied. For the effective analysis of interfacial deformation, immiscible water-silicone oil system was adopted as a two-phase flow environment. The effects of interfacial contamination on the motion and deformation of water bubble were investigated with the variation of the controlled quantity of surfactants. For the small basic flow of silicone oil, the shapes of bubble were formed as a circle or a ellipse. As the magnitude of basic flow was increased, the shape of deforming interface was elongated along the flow direction. And the elongated bubbles moved faster than the basic flow, the elongated bubble transformed itself into sharp-tailed bubble with round-front cap. And the length of elongated bubble with sharp tail was shorten with increasing the concentration of surface-active contaminants up to the critical micelle concentration. It is considered that these observations may be due to the influence of surface-active contaminants. The present study suggests that the Marangoni effect due to the different interfacial tension along the interface makes the shape of water bubble in a silicone oil unstable.

Deformation Contaminated Bubble Interfacial Tension Marangoni Effect Hele-Shaw Cell

Edwards DA, Brenner H, Wasan DT, "Interfacial Transport Processes and Rheology," Butterworth, Boston (1991)
Taylor GI, Saffman PG, J. Mech. Appl. Maths, 12, 265 (1959) 
Maxworthy T, J. Fluid Mech., 173, 95 (1986) 
Kopf-Sill AR, Hornsy GM, Phys. Fluids, 31, 18 (1988) 
Levich B, "Physicochemical Hydrodynamics," Prentice Hall, New Jersey (1962)
Davis RE, Acrivos A, Chem. Eng. Sci., 21, 681 (1966) 
Sadhal SS, Johnson RE, J. Fluid Mech., 126, 237 (1983) 
Ratulowski J, Chang HC, J. Fluid Mech., 210, 303 (1990) 
Park CW, Phys. Fluids, 3, 3 (1992)
Park CW, Maruvada SRK, Yoon DY, Phys. Fluids, 6, 3267 (1994) 
Park CW, Homsy GM, J. Fluid Mech., 139, 291 (1984) 
Ginley GM, Radke CJ, ACS Symp. Ser., 369, 480 (1989)
Rosen MJ, "Surfactant and Interfacial Phenomena," Wiley Interscience, New York (1978)
Tanveer S, Phys. Fluids, 29, 3537 (1986) 
Tanveer S, Phys. Fluids, 30, 651 (1987) 
Bretherton FP, J. Fluid Mech., 10, 166 (1961)