Акусто-модуляционная спекл-коррелометрия эволюционирующих пен: влияние акустического воздействия на динамику старения пены
Исаева Е.А.1, Исаева А.А.1, Зимняков Д.А.1,2
1Саратовский государственный технический университет им. Ю.А. Гагарина, Саратов, Россия
2Институт проблем точной механики и управления РАН, Саратов, Россия

Email: 27isaevaea@mail.ru
Поступила в редакцию: 25 декабря 2025 г.
В окончательной редакции: 25 декабря 2025 г.
Принята к печати: 25 декабря 2025 г.
Выставление онлайн: 2 апреля 2026 г.
Представлены результаты экспериментальных исследований эволюции структуры модельных образцов газожидкостных пен с использованием метода спекл-коррелометрии. Эксперименты проводились при низкочастотном акустическом воздействии (на частоте 2 kHz) на исследуемые образцы и в отсутствие воздействия. Используемый режим озвучивания образца соответствует циклическому знакопеременному изменению избыточного внешнего давления в зоне взаимодействия лазерного пучка с пеной. Учитывая соотношение между длиной звуковой волны и характерными размерами зоны взаимодействия, можно сделать вывод о квазиоднородном распределении избыточного давления по зоне взаимодействия. Установлено, что в обоих случаях имеет место автомодельный характер эволюции структуры пены, при котором средний размер газовых ячеек в пене возрастает с течением времени по степенному закону с показателем степени, равным 0.5. В то же время акустическое воздействие приводит к существенному увеличению скоростной константы в степенном законе и более быстрому росту времени корреляции флуктуаций интенсивности рассеянного пеной лазерного излучения по сравнению с образцами неозвученной пены по мере старения исследуемых образцов. Обсуждена качественная интерпретация наблюдаемых в эксперименте особенностей. Ключевые слова: газожидкостные пены, эволюция структуры, многократное рассеяние света, спекл-коррелометрия, акустическое воздействие.
- W. Thomson. Acta Math., 11, 121 (1887). DOI: 10.1007/BF02612322
- M.F. Ashby, A.G. Evans, N.A. Fleck, L.J. Gibson, J.W. Hutchinson, H.N.G. Wadley. Metal Foams: A Design Guide (Butterworth-Heinemann, Boston, 2000)
- J. Banhart. Prog. Mater. Sci., 46 (6), 559 (2001). DOI: 10.1016/S0079-6425(00)00002-5
- F. Garcia-Moreno. Materials, 9 (2), 85 (2016). DOI: 10.3390/ma9020085
- S.J. Hollister. Nat. Mater., 4 (7), 518 (2005). DOI: 10.1038/nmat1421
- D.W. Hutmacher. Biomaterials, 21 (24), 2529 (2000)
- J.J. Barry, H.S. Gidda, C.A. Scotchford, S.M. Howdle. Biomaterials, 25 (17), 3559 (2004). DOI: 10.1016/j.biomaterials.2003.10.022
- S. Schiavoni, F. Bianchi, F. Asdrubali. Renew. Sustain. Energy Rev., 62, 988 (2016). DOI: 10.1016/j.rser.2016.05.045
- N.V. Gama, A. Ferreira, A. Barros-Timmons. Materials, 11 (10), 1841 (2018). DOI: 10.3390/ma11101841
- T. Li, Y. Chen, X. Hu, Y. Li, L. Wang. J. Appl. Polym. Sci., 138 (45), 51280 (2021). DOI: 10.1002/app.51280
- D. Weaire, S. Hutzler. The Physics of Foams (Oxford University Press, Oxford, 1999)
- R. Lemlich. Ind. Eng. Chem. Fundam., 17 (2), 89 (1978). DOI: 10.1021/i160066a001
- R. Hohler, S. Cohen-Addad. J. Phys.: Condens. Matter, 17 (41), R1041 (2005). DOI: 10.1088/0953-8984/17/41/R01
- A. Saint-Jalmes. Soft Matter, 2 (10), 836 (2006). DOI: 10.1039/B606780H
- D. Langevin. Adv. Colloid Interface Sci., 275, 102077 (2020). DOI: 10.1016/j.cis.2019.102077
- D.J. Durian. Adv. Chem. Eng., 26, 1 (2001). DOI: 10.1016/S0065-2377(01)26003-2
- S. Hilgenfeldt, S.A. Koehler, H.A. Stone. Phys. Rev. Lett., 86 (20), 4704 (2001). DOI: 10.1103/PhysRevLett.86.4704
- S.A. Koehler, S. Hilgenfeldt, H.A. Stone. Langmuir, 16 (15), 6327 (2000). DOI: 10.1021/la9913147
- D.A. Zimnyakov, S.A. Yuvchenko, A.A. Isaeva, E.A. Isaeva, D.V. Tsypin. Colloids Surf., A, 579, 123693 (2019). DOI: 10.1016/j.colsurfa.2019.123693
- D.J. Pine, D.A. Weitz, P.A. Chaikin, E. Herbolzheimer. Phys. Rev. Lett., 60 (12), 1134 (1988). DOI: 10.1103/PhysRevLett.60.1134
- S. Cohen-Addad, R. Hohler. Phys. Rev. Lett., 86 (20), 4700 (2001). DOI: 10.1103/PhysRevLett.86.4700
- D.J. Durian, D.A. Weitz, D.J. Pine. Science, 252 (5006), 686 (1991). DOI: 10.1126/science.252.5006.686
- D.J. Durian. Phys. Rev. E, 51 (4), 3350 (1995). DOI: 10.1103/PhysRevE.51.3350
- D.J. Durian, D.A. Weitz, D.J. Pine. Phys. Rev. A, 44 (12), R7902 (1991). DOI: 10.1103/PhysRevA.44.R7902
- S. Gholizadeh. Procedia Structural Integrity, 1, 50 (2016). DOI: 10.1016/j.prostr.2016.02.008
- A. Vary. Material property characterization. In: P.O. Moore (ed.) Nondestructive Testing Handbook. Ultrasonic Testing (ASTM, Columbus, 2007), v. 7, p. 365
- D.W. Fitting, L. Adler. Ultrasonic spectral analysis for nondestructive evaluation (Plenum Press, NY., 1981), p. 354
- F. Chevillotte, C. Perrot. J. Acoustical Society of America, 142 (2), 1130 (2017). DOI: ff10.1121/1.4999058
- J. Pierre, B. Dollet, V. Leroy. Phys. Rev. Lett., 112 (14), 148307 (2014). DOI: 10.1103/PhysRevLett.112.148307
- F. Elias, J. Crassous, C. Derec, B. Dollet, W. Drenckhan, C. Gay, V. Leroy, C. No\^us, J. Pierre, A. Saint-Jalmes. Current Opinion in Colloid \& Interface Sci., 50, 101391 (2020). DOI: 10.1016/j.cocis.2020.101391
- C.Y. Ng, B. Yang, H. Park, L. Wang. Minerals Engineer., 184 (2), 107654 (2022). DOI: 10.1016/j.mineng.2022.107654
- S.V. Komarov, M. Kuwabara. ISIJ Int, 39, 1207 (1999)
- Д.А. Зимняков, С.А. Ювченко, А.А. Исаева, Е.А. Исаева, О.В. Ушакова. Опт. и спектр., 125 (5), 23 (2018). DOI: 10.21883/OS.2018.11.46846.99-18 [D.A. Zimnyakov, S.A. Yuvchenko, A.A. Isaeva, E.A. Isaeva, O.V. Ushakova. Opt. Spectr., 125 (5), 795 (2018). DOI: 10.1134/S0030400X18110371]
- K. Feitosa, O.L. Halt, R.D. Kamien, D.J. Durian. Europhys. Lett., 76 (4), 683 (2006). DOI: 10.1209/epl/i2006-10304-5
- M. Pasquet, N. Galvani, A. Requier, S. Cohen-Addad, R. Hohler, O. Pitois, E. Rio, A. Salonen, D. Langevin. Soft Matter, 19 (31), 6267 (2023). DOI: 10.1039/D3SM00695A