Вышедшие номера
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.
  1. W. Thomson. Acta Math., 11, 121 (1887). DOI: 10.1007/BF02612322
  2. 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)
  3. J. Banhart. Prog. Mater. Sci., 46 (6), 559 (2001). DOI: 10.1016/S0079-6425(00)00002-5
  4. F. Garcia-Moreno. Materials, 9 (2), 85 (2016). DOI: 10.3390/ma9020085
  5. S.J. Hollister. Nat. Mater., 4 (7), 518 (2005). DOI: 10.1038/nmat1421
  6. D.W. Hutmacher. Biomaterials, 21 (24), 2529 (2000)
  7. 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
  8. S. Schiavoni, F. Bianchi, F. Asdrubali. Renew. Sustain. Energy Rev., 62, 988 (2016). DOI: 10.1016/j.rser.2016.05.045
  9. N.V. Gama, A. Ferreira, A. Barros-Timmons. Materials, 11 (10), 1841 (2018). DOI: 10.3390/ma11101841
  10. T. Li, Y. Chen, X. Hu, Y. Li, L. Wang. J. Appl. Polym. Sci., 138 (45), 51280 (2021). DOI: 10.1002/app.51280
  11. D. Weaire, S. Hutzler. The Physics of Foams (Oxford University Press, Oxford, 1999)
  12. R. Lemlich. Ind. Eng. Chem. Fundam., 17 (2), 89 (1978). DOI: 10.1021/i160066a001
  13. R. Hohler, S. Cohen-Addad. J. Phys.: Condens. Matter, 17 (41), R1041 (2005). DOI: 10.1088/0953-8984/17/41/R01
  14. A. Saint-Jalmes. Soft Matter, 2 (10), 836 (2006). DOI: 10.1039/B606780H
  15. D. Langevin. Adv. Colloid Interface Sci., 275, 102077 (2020). DOI: 10.1016/j.cis.2019.102077
  16. D.J. Durian. Adv. Chem. Eng., 26, 1 (2001). DOI: 10.1016/S0065-2377(01)26003-2
  17. S. Hilgenfeldt, S.A. Koehler, H.A. Stone. Phys. Rev. Lett., 86 (20), 4704 (2001). DOI: 10.1103/PhysRevLett.86.4704
  18. S.A. Koehler, S. Hilgenfeldt, H.A. Stone. Langmuir, 16 (15), 6327 (2000). DOI: 10.1021/la9913147
  19. 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
  20. D.J. Pine, D.A. Weitz, P.A. Chaikin, E. Herbolzheimer. Phys. Rev. Lett., 60 (12), 1134 (1988). DOI: 10.1103/PhysRevLett.60.1134
  21. S. Cohen-Addad, R. Hohler. Phys. Rev. Lett., 86 (20), 4700 (2001). DOI: 10.1103/PhysRevLett.86.4700
  22. D.J. Durian, D.A. Weitz, D.J. Pine. Science, 252 (5006), 686 (1991). DOI: 10.1126/science.252.5006.686
  23. D.J. Durian. Phys. Rev. E, 51 (4), 3350 (1995). DOI: 10.1103/PhysRevE.51.3350
  24. D.J. Durian, D.A. Weitz, D.J. Pine. Phys. Rev. A, 44 (12), R7902 (1991). DOI: 10.1103/PhysRevA.44.R7902
  25. S. Gholizadeh. Procedia Structural Integrity, 1, 50 (2016). DOI: 10.1016/j.prostr.2016.02.008
  26. A. Vary. Material property characterization. In: P.O. Moore (ed.) Nondestructive Testing Handbook. Ultrasonic Testing (ASTM, Columbus, 2007), v. 7, p. 365
  27. D.W. Fitting, L. Adler. Ultrasonic spectral analysis for nondestructive evaluation (Plenum Press, NY., 1981), p. 354
  28. F. Chevillotte, C. Perrot. J. Acoustical Society of America, 142 (2), 1130 (2017). DOI: ff10.1121/1.4999058
  29. J. Pierre, B. Dollet, V. Leroy. Phys. Rev. Lett., 112 (14), 148307 (2014). DOI: 10.1103/PhysRevLett.112.148307
  30. 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
  31. C.Y. Ng, B. Yang, H. Park, L. Wang. Minerals Engineer., 184 (2), 107654 (2022). DOI: 10.1016/j.mineng.2022.107654
  32. S.V. Komarov, M. Kuwabara. ISIJ Int, 39, 1207 (1999)
  33. 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]
  34. K. Feitosa, O.L. Halt, R.D. Kamien, D.J. Durian. Europhys. Lett., 76 (4), 683 (2006). DOI: 10.1209/epl/i2006-10304-5
  35. 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