Круглые всплески вязкой жидкости

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Исследуются всплески высоковязкой жидкости (глицерин), возникающие в результате ее импульсного вытеснения из зазора между двумя быстро сближающимися дисками. Обнаружено, что за пределами дисков всплеск имеет форму тонкой пленки, ограниченной кольцевой краевой струей. Формулируется физическая модель всплеска, и приводятся аналитические решения, описывающие его траекторию. Результаты расчетов сравниваются с данными эксперимента. Анализируются эффекты вязкости жидкости, поверхностного натяжения и разрушения пленки. Показано, что ключевое влияние на сценарии развития всплеска оказывает поверхностное натяжение пленки, соединяющей краевую струю с дисками.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. В. Базилевский

Институт проблем механики им. А. Ю. Ишлинского РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: baz@ipmnet.ru
Россия, Москва

А. Н. Рожков

Институт проблем механики им. А. Ю. Ишлинского РАН

Email: rozhkov@ipmnet.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Yarin A.L., Roisman I.V., Tropea C. Collision Phenomena in Liquids and Solids, Cambridge University Press, 2017.
  2. Yarin A.L. Drop impact dynamics: splashing, spreading, receding, bouncing // Annu. Rev. Fluid Mech. 2006. V. 38. P. 159–192.
  3. Базилевский А.В., Рожков А.Н. Удар микроструи по микроволокну // Изв. РАН. МЖГ. 2023. № 5. С. 110–118.
  4. Базилевский А.В., Рожков А.Н. Всплеск упругой жидкости – реологический тест полимерных растворов // Высокомолекулярные соединения. Серия А. 2018. Т. 60. № 3. C. 235–248.
  5. Bazilevsky A.V., Rozhkov A.N. Letter: Dome-shaped splashes generated by the impact of a small disk on a sessile water drop // Phys. Fluids. 2018. V. 30. P. 101702.
  6. Bazilevsky A.V., Rozhkov A.N. Impact of a small disk on a sessile water drop // Phys. Fluids. 2020. V. 32. P. 087101.
  7. Rozhkov A., Prunet-Foch В., Vignes-Adler М. Impact of water drops on small targets // Phys. Fluids. 2002. V. 14. P. 3485.
  8. Reynolds O. Papers on Mechanical and Physical Aspects // Phil. Trans. Roy. Soc. 1886. V. 177. P. 157–234.
  9. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика/ Уч. пособ. В 10 т. Т. 6. Гидродинамика. М.: Наука. Гл. ред. физ-мат. лит., 1986. 736 с.
  10. Eggers J., Villermaux E. Physics of liquid jets // Reports on Progress in Physics. 2008. V. 71. 79p.
  11. Ентов В.М., Кестенбойм Х.С., Рожков А.Н., Шарчевич Л.И. О динамической форме равновесия пленки вязкой и упруговязкой жидкости // Изв. АН СССР. МЖГ. 1980. № 2. С. 9–18.
  12. Rayleigh L. On the instability of jets // Proc. London Math. Soc. 1879. V. 10. P. 4–13.
  13. Taylor G.I., Michael D.H. On making holes in a sheet of fluid // J. Fluid Mech. 1973. V. 58. № 4. P. 625–639.
  14. Taylor G.I. The dynamics of thin sheets of fluid. III. Disintegration of fluid sheets // Proc. Roy. Soc. Lond. A. 1959. V. A253. № 1274. P. 313–321.
  15. Taylor G.I. Instability of jets, threads, and sheets of viscous fluid // Proc. 12th Int. Congr. Appl. Mech. (ICTAM 1968), Springer, 1969. P. 382–388.
  16. Ribe N.M., Habibi M., Bonn D. Liquid Rope Coiling // Annu. Rev. Fluid Mech. 2012. V. 44. P. 249–266.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Метод (а) и схема эксперимента (б): 1 – цилиндрическая направляющая; 2 – ударный диск; 3 – капля; 4 – неподвижный диск; 5 – видеокамера; 6 – светодиодный (LED) осветитель. График на (а) – расчет по формуле (1.1) для r2= 2.5 мм, u0 = 2.1 м/с, h0 = 1 мм и 2 мм.

Скачать (185KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Всплески глицерина: (а) – u0=1.4 м/с (H=100 мм), m0=29 мг, (б) – u0=2.1 м/с (H=225 мм), m0=17.6 мг, (в) – u0=2.1 м/с, m0=22 мг. Стрелка 1 показывает пленку, стрелка 2 – возмущение, растущее на краевой струе. Указано время, прошедшее с момента остановки ударного диска.

Скачать (1MB)
Метаданные
4. Рис. 3. Диаметр всплесков глицерина как функция времени: 1 – u0=1.4 м/с, m0=29 мг, без разрушения пленки; 2 – u0=2.1 м/с, m0=17.6 мг, без разрушения пленки; 3 – u0=2.1 м/с, m0=22 мг, с разрушением пленки. Стрелка показывает момент начала разрыва пленки. Время отсчитывается от момента закрытия зазора (остановки ударного диска).

Скачать (75KB)
Метаданные
5. Рис. 4. К расчету импульсного выброса жидкости из зазора.

Скачать (73KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Результаты вычислений по формулам (2.6) и (2.9): (а) – скорость истечения v и суммарная скорость V, (б) – кинетическая энергия E всплеска как функции зазора между дисками. Вставки: зазор между дисками (а) и избыточное давление в центре дисков (б) как функции времени. Используемые параметры: µ = 0, 0.1, 1.35 Па·с, u0 = = 2.1 м/с, h0 = 1.5 мм, r2 = 2.5 мм, r1=1мм, M = 6 г.

Скачать (310KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Схема всплеска.

Скачать (193KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Расчеты траекторий всплеска: 1 – эксперимент с глицерином (точки, H=100 мм, m0=29 мг) и соответствующий расчет (линия для V0=1.43 м/с, m0=29 мг, r0=2.97 мм, µ=1.35 Па⋅с); 2 – эксперимент с глицерином (H=225 мм, m0=17.6 мг) и соответствующий расчет (V0=2.07 м/с, m0=17.6 мг, r0=3.3 мм, µ=1.35 Па⋅с); 3 – расчет маловязкого всплеска для V0=2.07 м/с, m0=17.6 мг, r0=3.3 мм, µ=0.01 Па⋅с; 4 – аналитическое решение невязкого всплеска (2.15) для V0=2.07 м/с, m0=17.6 мг, r0=3.3 мм; 5 – расчет вязкого всплеска без пленки для V0=2.07 м/с, m0=17.6 мг, r0=3.3 мм, µ=1.35 Па⋅с.

Скачать (134KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Появление и расширение дырок в пленке глицерина (а). Искажение формы всплеска при его схлопывании с разрушением внутренней пленки (б) и без ее разрушения (в). Скорость удара u0=1.4 м/с. Интервал времени между кадрами – 0.5 мс (а, б) и 1 мс (в).

Скачать (935KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024