SOME FEATURES OF CAPILLARY WAVE ENERGY CONVERSION ON LIQUID SURFACE IN THE PRESENCE OF DYNAMIC SURFACE TENSION

A. I. GRIGORIEV; Григорьев А. И.; N. YU. KOLBNEVA; Колбнева Н. Ю.; S. O. SHIRYAEVA; Ширяева С. О.

doi:10.31857/S0023291223600128

SOME FEATURES OF CAPILLARY WAVE ENERGY CONVERSION ON LIQUID SURFACE IN THE PRESENCE OF DYNAMIC SURFACE TENSION

Authors: GRIGORIEV A.I.¹, KOLBNEVA N.Y.², SHIRYAEVA S.O.²
Affiliations:
1. Ishlinsky Institute for Problems in Mechanics, Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia.
2. Demidov Yaroslavl State University, Yaroslavl, 150000 Russia
Issue: Vol 85, No 3 (2023)
Pages: 263-276
Section: Articles
URL: https://journals.rcsi.science/0023-2912/article/view/137216
DOI: https://doi.org/10.31857/S0023291223600128
EDN: https://elibrary.ru/ZPFCCA
ID: 137216

Cite item

Full Text

Open Access
Restricted Access

Access granted
Restricted Access

Subscription Access

Abstract
About the authors
References
Supplementary files
Statistics

Abstract

The effect of dynamic surface tension on capillary oscillations of a droplet is studied in the theoretical asymptotic calculations of the first order of smallness with respect to the dimensionless amplitude of oscillations of charged droplets of a polar liquid. The calculations are carried out within the framework of a model of an ideal incompressible electrically conducting liquid. It has been shown that allowance for the effect of dynamic surface tension increases the order of the dispersion equation, which acquires one more damping root relevant to the destruction of the near-surface electrical double layer (disordering of molecules in the near-surface layer). What is interesting about the revealed damping is that it takes place in an ideal liquid, while the characteristic damping time coincides with that measured experimentally. Free energy transformations occur between mechanical, thermal, electromagnetic, and mechanical again forms of energy, with all of the transformations being caused by the effect of the dynamic surface tension. It has been shown that the dynamic surface tension has a weak effect on the low-frequency oscillations of the droplets, while it essentially affects the high-frequency oscillations causing their rapid damping.

Keywords

OSCILLATING DROPLET, SURFACE TENSION, SURFACE TENSION RELAXATION

References

Rayleigh Lord. On the equilibrium of liquid conducting masses charged with electricity // Phil. Mag. 1882. V. 14. № 87. P. 184–186. https://doi.org/10.1080/14786448208628425
Kim O.V., Dunn P.F. Controlled production of droplets by in-flight electrospraying // Langmuir. 2010. V. 26. P. 15807–15813. https://doi.org/10.1021/la102793j
Karyappa R.B., Deshmukh S.D., Thaokar R.M. Breakup of a conducting drop in a uniform electric field // J. Fluid Mech. 2014. V. 754. P. 550–589. https://doi.org/10.1017/jfm.2014.402
Кистович А.В., Чашечкин Ю.Д. Поверхностные колебания свободно падающей капли идеальной жидкости // Известия РАН. ФАО. 2018. Т. 54. № 2. С. 1–7. https://doi.org/10.7868/S0003351518020095
Григорьев А.И., Колбнева Н.Ю., Ширяева С.О. Нелинейные монопольное и дипольное акустические излучения слабо заряженной капли, осциллирующей в однородном электростатическом поле // ПММ. 2022. № 6. С. 936–955. https://doi.org/10.31857/S003282352260066
Owens D.K. The dynamic surface tension of sodium dodecyl sulfate solutions // J. Colloid Interface Sci. 1969. V. 29. № 3. P. 496–501.
Kochurova N.N., Rusanov A.I. Dynamic surface properties of water: Surface tension and surface potential // J. Colloid Interface Sci. 1981. V. 81. № 2. P. 297–303.
Кочурова Н.Н., Русанов А.И. Релаксация поверхностных свойств водных растворов поверхностно-активных веществ и механизм адсорбции // Успехи химии. 1993. Т. 62. № 12. С. 1150–1163.
Hauner I.M., Deblais A., Beattie J.K, Kellay H., Bonn D. The dynamic surface tension of water // Phys. Chem. Lett. 2017. V. 8. P. 1599–1603.
Гирс С.П. Влияние границы раздела вода-воздух на заряжение облачных капель // Сб. Поверхностные явления в жидкостях и жидких растворах. Л.: Изд. ЛГУ, 1972. С. 181–183.
Френкель Я.И. Теория явлений атмосферного электричества. Л.-М.: ГОСТЕХТЕОРИЗДАТ, 1949.
Френкель Я.И. Кинетическая теория жидкостей. Л.: Наука, 1975.
Тверской П.Н. Курс метеорологии. Физика атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1962.
Мазин И.П., Шметер С.М. Облака. Строение и физика образования. Л.: Гидрометеоиздат, 1983.
Мазин И.П., Хргиан А.Х., Имянитов И.М. Облака и облачная атмосфера. Справочник. Л.: Гидрометеоиздат, 1989.
Стерлядкин В.В. Натурные измерения колебаний капель осадков // Изв. АН СССР. Сер. ФАО. 1988. Т. 24. № 6. С. 613–621.
Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Гидродинамика. М.: Наука, 1986.
Найфе А.Х. Методы возмущений. М.: Мир, 1976.
Абрамовиц М., Стиган И. Справочник по специальным функциям. М.: Наука, 1979.
Быковский Ю.А., Маныкин Э.А., Нахутин И.Е., Полуэктов П.П., Рубежный Ю.Г. Спектр поверхностных колебаний жидкости с учетом релаксационных эффектов // ЖТФ. 1976. Т. 46. № 10. С. 2211–2216.
Кристенсен Р. Введение в теорию вязкоупругости. М.: Мир, 1974.
Григорьев А.И. О некоторых закономерностях реализации неустойчивости сильно заряженной вязкой капли // ЖТФ. 2001. Т. 71. № 10. С. 1–7.
Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика. Т. 2. Теория поля. М.: Наука, 1973.
Григорьев А.И., Колбнева Н.Ю., Ширяева С.О. Квадрупольное электромагнитное излучение заряженной капли, осциллирующей в суперпозиции коллинеарных гравитационного и электростатического полей // Изв. РАН. МЖГ. 2019. № 5. С. 70–82.
Стреттон Дж. А. Теория электромагнетизма. ОГИЗ-Гостехиздат, 1948.
Калечиц В.И., Нахутин И.Е., Полуэктов П.П. О возможном механизме радиоизлучения конвективных облаков // ДАН СССР. 1982. Т. 262. № 6. С. 1344–1347.