Experimental Investigation of the Transverse Size of a Viscous Jet Flowing Out of a Capillary Channel

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

The radii of the orifice of a capillary channel and a jet flowing out of it are generally different. Fluid friction on the channel walls leads to the parabolic velocity distribution, while small shear stresses at the free jet boundary are responsible for the velocity profile equalization. Dissipation has an effect on both the length of the region, where the velocity profile is settled, and its radius-average value, as well as on the steady-state jet radius. Previously, the corresponding problem was theoretically solved in the axisymmetric approximation. However, the symmetry condition is not fulfilled in the case of small Reynolds numbers, owing to the occurrence of a bend flow region. Moreover, in the jets flowing out at a low velocity there occur the phenomena of global and boundary instability of the capillary flow. The totality of the nonlinear, mutually-agreed effects leads to velocity profile deformation, such that it becomes asymmetric with respect to the axis in the region, where its value is settled, and the non-uniqueness of the Reynolds-number dependence of the jet radius. The results of an experimental investigation of the dependence of the steady radius of highly viscous jets on the outflow velocity are for the first time presented for the case in which the bend flow region arises.

Full Text

Restricted Access

About the authors

A. A. Safronov

Keldysh Research Center

Author for correspondence.
Email: a.a.safr@yandex.ru
Russian Federation, Moscow

A. A. Koroteev

Keldysh Research Center

Email: a.a.safr@yandex.ru
Russian Federation, Moscow

A. E. Agafonov

Keldysh Research Center

Email: a.a.safr@yandex.ru
Russian Federation, Moscow

A. L. Grigoryev

Keldysh Research Center

Email: a.a.safr@yandex.ru
Russian Federation, Moscow

N. I. Filatov

Keldysh Research Center

Email: a.a.safr@yandex.ru
Russian Federation, Moscow

References

  1. Middleman S., Gavis J. Expansion and contraction of capillary jets of Newtonian liquids // Physics of Fluid. 1961. N. 4. I. 355. P. 355–359.
  2. Simon L., Wronski G., Wronski S. The shape of low-speed capillary jets of Newtonian liquids // J. Fluid Mech. 1966. V. 35. P. 1. P. 185–198.
  3. Kruyt N.P., Cuvelier C., Segal A., Zanden J. A total linearization method for solving viscous free boundary flow problems by the finite element method // International journal for numerical methods in fluids. 1988. V. 8. I. 3. P. 351–363.
  4. Brasseur E., Fyrillas M.M., Georgiou G.C., Crochet M.J. The time-dependent extrudate-swell problem of an Oldroyd-B fluid with slip along the wall // J. Rheol. 1998. V. 42. P. 549–566.
  5. Mitsoulis E., Georgiou G., Kountouriotis Z. A study of various factors affecting Newtonian extrudate swell // Computers & Fluids. 2012. V. 57. P. 195–207.
  6. Georgiou G.C., Papanastasiou T.C., Wilkes J.O. Laminar Newtonian jets at high Reynolds number and high surface tension // AIChE Journal. 1988. V. 34. N. 9. P. 1559–1562.
  7. Chesnokov Y.G., Razumovskij N.A. Free surface of a high speed capillary jet // Applied Scientific Research. 1998. V. 59. P. 77–88.
  8. Сафронов А.А. Радиационное остывание немонодисперсного капельного потока в бескаркасных системах отвода низкопотенциального тепла в космосе // Инженерно-физический журнал. 2024. Т. 97. №1. С. 20–28.
  9. Коротеев А.А., Сафронов А.А., Филатов Н.И., Григорьев А.Л., Хлынов А.В. Исследование генераторов капель бескаркасных систем теплоотвода в космосе // Космическая техника и технологии. 2023. №1(40). С. 83–94.
  10. Сафронов А.А., Коротеев А.А., Филатов Н.И., Григорьев А.Л. Изгиб вязкой струи, истекающей из капиллярного отверстия // Инженерно — физический журнал. 2022. Т. 95. № 1. С. 72–79.
  11. Yakubenko P.A. Capillary instability of an ideal jet of large but finite length // European Journal of Mechanics. B, Fluids. 1997. V. 16. N. 1. P. 39–48.
  12. Yakubenko P.A. Global capillary instability of an inclined jet // Journal of Fluid Mechanics. 1997. V. 346. I. 10. P. 181–200.
  13. Umemura A., Osaka J., Shinjo J. Coherent capillary wave structure revealed by ISS experiments for spontaneous nozzle jet disintegration // Microgravity Sci. Technol. 2020. V.32. P. 369–397.
  14. Сафронов А.А., Коротеев А.А., Григорьев А.Л., Филатов Н.И. Моделирование самоиндуцированного капиллярного распада струи вязкой жидкости. Известия высших учебных заведений // Прикладная нелинейная динамика. 2023. Т. 31. № 6. С. 673–685.
  15. Vihinen I., Honohan A.M., Lin S.P. Image of absolute instability in a liquid jet // Physics of Fluids. 1997. 9(11). P. 3117–3119.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. Schematic of the bending flow of the jet.

Download (37KB)
3. Fig. 2. Bending flow of a viscous jet at Re = 2.35, Oh = 3.2 (a) and the position of the jet boundary (radius unmeasured), x = 0 - channel slice (b); boundary extension at x < 0 is due to meniscus formation on the nozzle.

Download (265KB)
4. Fig. 3. Spindle-shaped jet.

Download (33KB)
5. Fig. 4. Results of experimental measurements of the rst / r0 dependence on Re for different values of Oh, presented at different scales.

Download (258KB)
6. Fig. 5. A jet of small length.

Download (37KB)

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».