On the physical regularities of the instability of charged spheroidal droplets

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Asymptotic methods study the conditions for the implementation of electrostatic instability of oscillating highly charged flattened and elongated spheroidal droplets depending on the values of their eccentricities. It turned out that the electrostatic stability of the flattened spheroidal droplet with respect to axisymmetric deformations increases with an increase in eccentricity, and the elongated spheroidal droplet decreases. It is shown that the electrostatic instability of the flattened charged droplet itself is realized at its equator, where the surface density of the charge reaches the maximum value, and for the elongated droplet at its vertices.

Full Text

Restricted Access

About the authors

A. I. Grigoriev

Ishlinsky Institute for Problems in Mechanics of the RAS

Author for correspondence.
Email: grigorai@mail.ru
Russian Federation, Moscow

S. O. Shiryaeva

Yaroslavl State University named after P.G. Demidov

Email: shir@uniyar.ac.ru
Russian Federation, Yaroslavl

References

  1. Rayleigh (Strutt J.W.) On the equilibrium of liquid conducting masses charged with electricity // Phil. Mag., 1882, vol. 14, pp. 184–186.
  2. Hendrics C.D., Schneider J.M. Stability of conducting droplet under the influence of surface tension and electrostatic forces // J. Amer. Phys., 1963, vol. 1, no. 6, pp. 450–453.
  3. Grigoriev A.I. On the mechanism of instability of a charged conductive drop // J. of Tech. Phys., 1986, vol. 56, no. 7, pp. 1272–1278.
  4. Danilov S.D., Mironov M.A. Flattening and crushing of the drop in the sound field // Acoustic J., 1987, vol. 33, no. 2, pp. 233–239.
  5. Sterlyadkin V.V. Light scattering by raindrops // Optics of the Atmos.&Ocean, 2000, vol. 13, no. 5, pp. 534–537.
  6. Kistovich A.V., Chashechkin Yu.D. Surface fluctuations of the free-falling drop of the ideal liquid // Izv. RAS. FAO, 2018, vol. 54, no. 2, ss. 1–7.
  7. Sergeev M.N. To the theory of crushing a charged drop in a stream // Engng. J.: Sci.&Innov., 2018, no. 4, ss. 1–11.
  8. Ilyushin Ya.A., Kutuza B.G. Multispectral polarization characteristics of outgoing microwave radiation of rainfall//Physical Foundations of Instrumentation, 2018, Т. 7, no. 1(27), pp. 37–48.
  9. Samukhina Yu.V., Matyushin D.D., Polyakov P.A., Buryak A.K. On charge instability and metastable equilibrium state of a charged conductive drop during liquid electrospray // Colloid J., 2021, vol. 83, no. 4, pp. 449–455.
  10. Fedyaeva O.A., Poshelyuzhnaya E.G. Dimensions and orientation of triton micelles x-10 in aqueous solutions according to turbidimetry data // J. of Phys. Chem., 2019, vol. 93, no. 12, pp. 1910–1912.
  11. Grigoriev A.I., Kolbneva N.Yu., Shiryaeva S.O. On acoustic and electromagnetic radiation oscillating in the material medium of a charged drop // Izv. RAS. FAO, 2023, vol. 59, no. 3, ss. 352–372. https://doi.org/10.31857/S0002351523030045
  12. Grigor’ev A.I., Kolbneva N.Yu., Shiryaeva S.O. Nonlinear monopole and dipole acoustic radiation of a weakly charged droplet oscillating in a uniform electrostatic field // Fluid Dyn., 2022, vol. 57, no. 8, pp. 982–997. https://doi.org/10.1134/S0015462822080031
  13. Zubarev N.M. Self-similar solutions for conic cusps formation at the surface of dielectric liquids in electric field // Phys. Rev. E, 2002, vol. 65, no. 055301, pp. 1–4. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.65.055301
  14. de la Mora J.F. The fluid dynamics of Taylor cones // Ann. Rev. of Fluid Mech., 2007, vol. 39, pp. 217–243, https://doi.org/10.1146/annurev.fluid.39.050905.110159
  15. Taflin D.C., Ward Т.L., Davis E.J. Electrified droplet fission and the Rayleigh limit // Langmuir, 1989, vol. 9, no. 2, pp. 376–384. https://doi.org/10.1021/la00086a016
  16. Duft D., Achtzehn T., Muller R. et al. Rayleigh jets from levitated microdroplets // Nature, 2003, vol. 421, pp. 128.
  17. Kuo-Yen Li, Haohua Tu, Ray A.K. Charge limits on droplets during evaporation // Langmuir, 2005, vol. 21, no. 9, pp. 3786–3794. https://doi.org/10.1021/la047973n
  18. Fong Chee Sheng, Black N.D., Kiefer P.A., Shaw R.A. An experiment on the Rayleigh instability of charged liquid drops // Am.J. Phys., 2007, vol. 75, no. 6, pp. 499–503. https://doi.org/10.1119/1.2717221
  19. Hunter H.C., Ray Asit K. On progeny droplets emitted during Coulombic fission of charged microdrops // Phys. Chem.&Chem. Phys., 2009, vol. 11, no. 29, pp. 6156–6165. https://doi.org/10.1039/b820457h
  20. Grigoriev A.I., Shiryaeva S.O. Critical conditions of instability of flattened spheroidal highly charged drop // EOM, 1992, no. 6, pp. 20–23.
  21. Frenkel J.I. To the Tonks theory of liquid surface rupture by a constant electric field in vacuum // PETF, 1936, vol. 6, no. 4, pp. 348–350.
  22. Landau L.D., Lifshits E.M. Hydrodynamics. Moscow: Nauka, 1982. 620 p.
  23. Landau L.D., Lifschitz E.M. Theoretical Physics. Vol. 8. Electrodynamics of Continuous Media. Moscow: Nauka, 1992. 662 p.
  24. Bezrukov V.I. Scientific and Technical Foundations and Hardware of Automated Electrocaplestjet Marking of Products / Diss. for the degree of Doctor of Tech. Sci. St. Petersburg State Polytechnic Univ., St. Petersburg: 2003. 505 p.
  25. Filchakov L.F. Handbook of Higher Mathematics. Kiev: Naukova Dumka, 1973. 744 p.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. Graph of the dependence of the dimensionless surface density of the proper electric charge on a spheroidal drop of an incompressible conductive liquid on the value of its eccentricity e and its polar angle: a flattened drop; b elongated drop.

Download (475KB)

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».