The purpose of this research is to empirically investigate flow front void formation rates and post-formation bubble mobility behavior for composites produced via resin transfer molding (RTM).For this study, in situ observation of bubble formation and migration was accomplished by photographing resin flow progression during infusion tests of carbon reinforcements. An analysis strategy for use in batch processing sequential image sets is presented. The use of MATLAB to process and analyze binary images of infusions for void content has garnered satisfactory results and has shown that analysis of progressive image sequences can greatly enrich the volume of in situ measurements for a given study without compromising the data quality.Semi-automated MATLAB software analysis employed the representative image area (RIA) method to evaluate v0. It was found that the shorter the RIA length, and the more it follows the true flow front shape, the more representative the measured v0 was of the void formation at the flow front.Experimental evidence of in situ bubble formation and mobility behavior is presented. Stitch architecture of NCF reinforcements is shown to influence bubble formation at the flow front. Bubble mobility mechanisms (such as escape and entrapment) are related to stitch orientation relative to the fluid flow direction. Different stitching orientations exhibited different effects on post-formation mobility.Void formation is presented as a function of flow front velocity. Despite differences in preform configurations (stitch orientation with respect to flow) and injection flowrates, bubbles seem to form in a similar fashion for the 3 infusions of carbon fiber NCF reinforcement analyzed in this study. It is observed that bubbles form at stitch lines, regardless of stitch orientation.Bubble migration is documented for infusion of NCF reinforcement with stitching at different orientations. Qualitative observations of bubble migration during infusions of a dense preform of STW, plain weave fabric are discussed. Recommendations are given for future studies involving image-based analysis of in situ bubble formation and migration.

Polyhedral foams offer large gas-liquid interfacial area associated with a small amount of liquid. Therefore, if a solute adsorbs preferentially at the interface, the concentration of the solute in the foam will be greater than in the solution from which the foam has been generated. This effect provides a simple method of concentrating materials which have a tendency to adsorb on the gas-liquid interface. This is particularly relevant to biomaterials like whole cells, proteins, enzymes etc., which are surface active and are present in low concentrations in the broth. Foam separation has therefore attracted considerable attention, and several reports exist in literature on concentrating cells, proteins and enzymes using foams. Foam separation is based on the difference in surface activity of the components to be separated. A surface active molecule consists of a lyophobic and a lyophilic group. (As water is commonly used as a solvent, the lyophilic and lyophobic groups are called hydrophilic and hydrophobic groups, respectively). When dissolved in a solvent, the presence of lyophobic groups in the interior of the solvent distorts the solvent liquid structure, thereby increasing the free energy of the system.

Der vorliegende Bericht gibt einen zusammenfassenden Überblick der im Vorhaben erreichten Ergebnisse. Ziel war die Qualifikation von CFD-Methoden für Zweiphasenströmungen mit Phasenüber¬gang. Dafür werden neuartige experimentelle Daten benötigt. Diese können an der TOPFLOW-Anlage des HZDR generiert werden, da die Anlage Experimente in für die Reaktorsicher-heits¬forschung relevanten Skalen und Parametern mit innovativen Messtechniken verbindet. Die experimentellen Arbeiten umfassen Untersuchungen zu Strömungen in vertikalen Rohren mit Hilfe der ultraschnellen Röntgentomographie, zu Strömungen mit und ohne Phasenübergang in einem Testbassin sowie zur Gegenstrombegrenzung in einem Heißstrangmodell. Diese werden im vorliegenden Bericht nur kurz dargestellt, da es zu allen 3 Versuchsserien ausführliche Dokumentationen in separaten Berichten gibt. Ein wichtiges Ergebnis der Arbeiten zur CFD-Qualifizierung ist der Erstellung des Baseline-Modellkonzepts sowie die Erstellung des Baseline-Modells für polydisperse Blasenströmungen. Damit wird ein wesentlicher Beitrag zur Erhöhung der Vorhersagefähigkeit von CFD-Codes auf Basis des Zwei- oder Mehr-Fluid-Modells erreicht. Das innovative Generalized Two-Phase Flow Konzept (GENTOP) zielt hingegen auf eine Erweiterung der Einsatzmöglichkeiten der Zweiphasen-CFD. In vielen Strömungen treten unterschiedlicher Morphologien der Phasen bzw. Strömungsformen parallel in einer Strömungsdomäne auf. Außerdem gibt es Übergänge zwischen diesen Morphologien. Mit dem GENTOP-Konzept wurde erstmals ein Rahmen geschaffen der die Simulation solcher Strömungen auf konsistente Art und Weise ermöglicht. Spezielle Modellentwicklungen erfolgten mit dem Ziel einer besseren Modellierung des Phasenübergangs.

Der vorliegende Bericht gibt einen zusammenfassenden Überblick der im Vorhaben erreichten Ergebnisse. Ziel war die Qualifikation von CFD-Methoden für Zweiphasenströmungen mit Phasenüber¬gang. Dafür werden neuartige experimentelle Daten benötigt. Diese können an der TOPFLOW-Anlage des HZDR generiert werden, da die Anlage Experimente in für die Reaktorsicher-heits¬forschung relevanten Skalen und Parametern mit innovativen Messtechniken verbindet. Die experimentellen Arbeiten umfassen Untersuchungen zu Strömungen in vertikalen Rohren mit Hilfe der ultraschnellen Röntgentomographie, zu Strömungen mit und ohne Phasenübergang in einem Testbassin sowie zur Gegenstrombegrenzung in einem Heißstrangmodell. Diese werden im vorliegenden Bericht nur kurz dargestellt, da es zu allen 3 Versuchsserien ausführliche Dokumentationen in separaten Berichten gibt. Ein wichtiges Ergebnis der Arbeiten zur CFD-Qualifizierung ist der Erstellung des Baseline-Modellkonzepts sowie die Erstellung des Baseline-Modells für polydisperse Blasenströmungen. Damit wird ein wesentlicher Beitrag zur Erhöhung der Vorhersagefähigkeit von CFD-Codes auf Basis des Zwei- oder Mehr-Fluid-Modells erreicht. Das innovative Generalized Two-Phase Flow Konzept (GENTOP) zielt hingegen auf eine Erweiterung der Einsatzmöglichkeiten der Zweiphasen-CFD. In vielen Strömungen treten unterschiedlicher Morphologien der Phasen bzw. Strömungsformen parallel in einer Strömungsdomäne auf. Außerdem gibt es Übergänge zwischen diesen Morphologien. Mit dem GENTOP-Konzept wurde erstmals ein Rahmen geschaffen der die Simulation solcher Strömungen auf konsistente Art und Weise ermöglicht. Spezielle Modellentwicklungen erfolgten mit dem Ziel einer besseren Modellierung des Phasenübergangs.

The bubble flow is used for different application in steel production and refining processes. It plays in indispensable role in the ladle refining process such as for homogenization and inclusion removal. Hence, it is important to understand the effect of the nozzle outlet geometry on the bubble formation. Three different nozzles with different outlet geometries were examined using a physical model. These geometries were: a) Circle, b) Square with round edges and c) Elliptical. All three nozzles had the same nozzle design and similar outlet cross-section areas. Therefore, the only tested parameter was the outlet geometry. The physical model is a water/air model, that consist of water tank ,the nozzles, gas gauge and a high speed camera. Each nozzle was tested under five different gas flow rates: starting from 10 L/min of air gas flow rate, until a 30 L/min of gas flow rate by incriminating with 5 L/min per experimental trial. Therefore, each nozzle was studied using a 5 experimental sets, so in total 15 experiments were made. For each set, 3000 photos were captured by the high speed camera. The photos were then analyzed using mainly the ImageJ software and the naked eye. After analyzing the photos for the experimental sets the following were found: a) The frequency of bubble formation was for the most part constant with an average of 11 bubbles per second. b) The elliptical nozzle produced for the most part the largest bubbles, while the circular produced the smallest ones. The square nozzle had similar bubble sizes comparable to the elliptical nozzle. c) The circular nozzle resulted in the bubbles with most stable surface, while the elliptical nozzle had the most unstable bubble boundary. The study had a drawback, which is the presence of a jetting flow which reduced the accuracy of the results. Thus, it is recommend that future work can solve this issue by finding at which gas flow rate pure bubbling flow stops for each nozzle geometry. / Bubbelinjektion används för olika tillämpningar inom stålproduktion och raffineringsprocesser. Det spelar en oumbärlig roll i raffineringsprocesser som homogenisering och borttagning av inneslutningar. Därför är det viktigt att förstå effekten av utloppsgeometrin hos munstycket på bubbelbildningen. Tre olika munstycken med olika utloppsgeometrier undersöktes med hjälp av en fysisk modell. Dessa geometrier är: a) Cirkel, b) Fyrkantig med rundade kanter och c) Elliptisk. Alla tre munstyckena har samma munstycksdesign och liknande utloppstvärsnittsarea. Därför är den enda parametern som testas utloppsgeometrin. Den fysiska modellen bestod av en vattentank, munstyckena där var och en undersöks separat, en gasmätare, en höghastighetskamera och modellen använde vatten/luft. Varje munstycke testades under fem olika gasflöden: startande från 10 L/min luftgasflöde, tills 30 L/min gasflöde stegvis 5 L/min per experimentuppsättning. Därför har varje munstycke 5 experimentuppsättningar, så totalt 15 experiment togs. För varje uppsättning togs 3000 bilder med höghastighetskameran. Bilderna analyserades sedan med främst ImageJ-programvara och blotta ögat. Efter att ha analyserat bilderna från experimenten så visade resultaten följande: a) Frekvensen av bubbelbildning var mestadels konstant med ett genomsnitt på 11 bubblor per sekund. b) Det elliptiska munstycket producerade mestadels de största bubblorna, medan det cirkulära producerade de minsta bubblorna. Det fyrkantiga munstycket resulterade i en liknande bubbelstorlek som det elliptiska munstycket. c) Det cirkulära munstycket resulterade i bubblorna med den mest stabila ytan, medan det elliptiska munstycket hade den mest instabila bubbelgränsen. Studien hade en nackdel, vilket är närvaron av ett jetflöde som minskade noggrannheten i resultatet. Det rekommenderas att framtida arbete kan lösa detta problem genom att hitta vid vilken gasflödeshastighet rent bubblande flöde stoppar för varje munstycke