Круглые всплески вязкой жидкости

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или 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