F

w

V







=

2

2

   and thus   





2

2

w

V

F=



. 

(26) 

 
The last equation indicates that the most important factor influencing the dynamics 

of the interphase surface synthesis is the contact velocity between the gas and liquid 
phases. It is important that the technical realization of choosing the w parameter is quite 
achievable by choosing the total area of the bubble openings in the aeration system and 
the uniform distribution of the gas flow in them. 

The total area of the openings 

op

f

 is determined by the equation: 

 

w

V

f

op

=

. 

(27) 

The velocity of the gas flow w in bubble 

openings should be set within the limits of 25–30 
m/s. A circuit is formed by the liquid phase in the 
local zones of interphase surface formation 
connected to the transient processes of the 
dispersed gas phase. Obviously, its direction 
coincides with the direction of gas phase 
displacement. Since the latter is determined by 
the properties of the gravitational field in the 
manifestations of the Archimedes law, this means 
the technical expediency of organizing counter-
flows of the gas and liquid phases (Fig. 2). 

Counter-flows give us: 

.

.

.

.

ph

liq

ph

g

w

w

w

+

=

.                                

(28) 

Although the liquid phase velocity 

.

.ph

liq

w

 is an order of magnitude lower than the gas 

phase velocity 

ph

g

w

.

, their counter-flows are necessary precisely due to the dispersed gas 

phase formation. 

Nitrogen as an influential component in aeration modes of culture media. The 

process of gas flow transformation and dispersed gas phase formation is an irreversible 
thermodynamic process, which does not involve the possibility of returning to the initial 
state without changes in the external environment. This real process takes place within a 
certain time and speed and it is accompanied by friction, mass transfer, diffusion, and heat 
exchange within the initial and final temperatures of the gas and liquid phases. At the same 
time, the result of the gas flow interaction with the medium is unbalanced and irreversible, 
whereas the question of its transformation needs to be further addressed in relation to the 
liquid phase. The physical interaction between the ascending gas flow and the liquid phase 
leads to the formation of stochastic circuits, which determine the hydrodynamic state of 
the system with interconnected parameters of reduced gas phase velocity and gas retention 

Figure 2. Illustration of liquid w

liq.ph.

, gas 

w

g.ph.

 and gas-liquid w

g.liq.ph

 phases, where 

BE is the bubble element 

BE 

w

liq.ph.. 

w

g.liq.ph.

. 

w

g.ph. 

BE 

BE 

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