ЭВОЛЮЦИЯ КАРТИНЫ ТЕЧЕНИЯ И АКУСТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ПРИ СЛИЯНИИ СВОБОДНО ПАДАЮЩЕЙ КАПЛИ С ЖИДКОСТЬЮ В ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОМ ПОЛЕ

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Впервые проведена синхронизованная высокоскоростная регистрация картины течения и акустического давления гидрофоном при слиянии падающей капли дистиллированной воды с покоящейся жидкостью в электростатическом поле импактном режиме течения, когда кинетическая энергия падающей капли существенно превышает ее потенциальную поверхностную энергию. В электростатическом поле отмечается сокращение длительности хронограммы, измельчение картины течения, повышение частоты и усложнение структуры резонансного звукового пакета. Наблюдаемые изменения отражают влияние электростатического поля на картину капельных течений, заметно выраженное в фазе формирования второй и третьей каверны и при отрыве газовых полостей, излучающих резонансный акустический сигнал.

Об авторах

Ю. Д Чашечкин

Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского РАН

Email: chakin@ipmnet.ru
Москва, Россия

В. Е Прохоров

Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского РАН

Email: prohorov@ipmnet.ru
Москва, Россия

Список литературы

  1. Devrankar M., Dhulekar K. A Comparative study on cloud drops // Intern. Res. J. Innov. Engin. Techn. (IRJIET). 2020. V. 4(1). P. 1–4.
  2. Prosperetti A., Og z H. The impact of drops on liquid surfaces and the underwater noise of rain // Ann. Rev. Fluid Mech. 1993. V. 25. P. 577–602. https://doi.org/10.1146/annurev.fl.25.010193.003045
  3. Terry J. A rain splash component analysis to define mechanisms of soil detachment and transportation // Austr. J. Soil Res. 1998. V. 36 (3). P. 525–542. https://doi.org/10.1071/S97078
  4. Karim A. Physics of droplet impact on various substrates and its current advancements in interfacial science: A review // J. Appl. Phys. 2023. V. 133. P. 030701. https://doi.org/10.1063/5.0130043
  5. Rogers W.B. On the formation of rotating rings by air and liquids under certain conditions of discharge // Amer. J. Sci., Second Ser. 1858. V. 26. P. 246–258.
  6. Thomson J.J., Newall H.F. On the formation of vortex rings by drops falling into liquids, and some allied phenomena // Proc. R. Soc. Lond. 1885. V. 29. P. 417–436.
  7. Guthrie F. On drops — Part II // Proc. R. Soc. Lond. 1863. V. 13. P. 457–483.
  8. Mudiar D., Pawar S., Gopalakrishnan V. et al. Electric field enlarges rain drops beneath electrified clouds: Observational evidence // Geophys. Res. Lett. 2021. V. 48, e2021GL093577. https://doi.org/10.1029/2021GL093577
  9. Григорьев А.И., Ширяева С.И. Этюды о грозе: Огни св. Эльма, свечение воронок смерчей, разные молнии. М.: Директ-Медиа; 2021.
  10. Rayleigh L. Some applications of photography // Nature. 1891. V. 44. P. 249–254. https://doi.org/10.1038/044249e0
  11. Worthington A.M. A study of splashes. London: Longmans, Green and Co, 1908.
  12. Millikan R.A. The Isolation of an Ion, a Precision Measurement of its Charge, and the Correction of Stokes’s Law // Phys. Rev. V. 32 (4). P. 349–397. https://doi.org/10.1103/PhysRevSeriesI.32.349
  13. Zeleny J. The Electrical Discharge from Liquid Points, and a Hydrostatic Method of Measuring the Electric Intensity at Their Surfaces // Phys. Rev. 1914. V. 3. No. 2. P. 69–91. https://doi.org/10.1103/physrev.3.69
  14. Zeleny J. On the conditions of instability of electrified drops, with applications to the electrical discharge from liquid points // Proc. Cambridge Philos. Soc. 1915. V. 18. P. 71–83.
  15. Zeleny J. Instability of Electrified Liquid Surfaces // Phys. Rev. 1917. V. 10. No. 1. P. 1–6. https://doi.org/10.1103/physrev.10.1
  16. Franklin B. Experiments and Observations on Electricity, made at Philadelphia in America. Part I — III. London: Printed and sold by E. Cave, 1751–1754. http://hdl.loc.gov/loc.rbc/Franklin.06387pt1.1, http://hdl.loc.gov/loc.rbc/Franklin.06387pt2.1
  17. l’Abbé Nollet Lettres sur l’electricité: dans lesquelles on examine les dècouvertes qui ont été faites sur cette matière depuis l’année 1752, & les conséquences que l’on en peut tirer. Avec figures en taille-douce. par M. V. 1–2. https://babel.hathitrust.org/cgi/pt?id=hvd.hxigc4&view=1up&seq=11
  18. Ломоносов М.В. Слово о явлениях воздушных, от электрической силы происходящих. В кн. Избранные произведения. Т. 1. Естественные науки и философия. М. Наука. 1986. С. 163–217.
  19. Tucker N., Stanger J., Staiger M.P. et al. The history of the science and technology of electrospinning from 1600 to 1995 // J. of Eng. Fibers and Fabrics, Special iss. 2012. V. 7 (2). P. 63–71. https://doi.org/10.1177/155892501200702S10
  20. Gamero-Castaño M., Cisquella-Serra A. Electrosprays of highly conducting liquids: A study of droplet and ion emission based on retarding potential and time-of-flight spectrometry // Phys. Rev. Fluids. 2021. V. 6. 013701. https://doi.org/10.1103/PhysRevFluids.6.013701
  21. Wesdemiotis С., Williams-Pavlantos K., Keating A., et al. Mass spectrometry of polymers: A tutorial review // Mass. Spec. Rev. 2023. P. 1–50. https://doi.org/10.1002/mas.21844
  22. Чашечкин Ю.Д., Прохоров В.Е. Высокоразрешающая визуализация гравитационного отрыва капли воды в электростатическом поле // ЖТФ. 2023. Т. 93. Вып. 11. C. 1539–1549. https://doi.org/10.21883/JTF.2023.11.56485.151-23
  23. Чашечкин Ю.Д., Прохоров В.Е. Влияние электрического поля на динамику структурных компонентов течения при гравитационном отрыве капли воды // МЖГ. 2024. № 3. C. 29–42.
  24. Löwe J., Kempf M., and Hinrichsen V. Mechanical and Electrical Phenomena of Droplets Under the Influence of High Electric Fields. In: Schulte, K., Tropea, C., Weigand, B. (eds). Droplet Dynamics Under Extreme Ambient Conditions. Fluid Mechanics and Its Applications. 2022. V. 124. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-031-09008-0_18
  25. Santra S., Behera N., and Chakraborty S. Modulating droplet electrohydrodynamics via the interplay of extensional flow and an alternating current electric field // Phys. Fluids. 2024. V. 36. P. 102017. https://doi.org/10.1063/5.0231224
  26. Чашечкин Ю.Д., Прохоров В.Е. Аэро- и гидроакустика удара свободно падающей капли о поверхность воды // ДАН. 2010. Т. 434. № 1. С. 51–55.
  27. Greene C.A., Wilson P.S. Laboratory investigation of a passive acoustic method for measurement of underwater gas seep ebullition // J. Acoust. Soc. Am. 2012. V. 131(1). EL61.
  28. Leighton T.G., White P.R. Quantification of undersea gas leaks from carbon capture and storage facilities, from pipelines and from methane seeps, by their acoustic emissions // Proc. R. Soc. London, Ser. A. 2012. V. 468. P. 485.
  29. Sanderson H., Czub M., Jakacki J. et al. Environmental impact of the explosion of the Nord Stream pipelines // Sci Rep. 2023. V. 13. P. 19923. https://doi.org/10.1038/s41598-023-47290-7
  30. Kathiravelu G., Lucke T., and Nichols P. Rain Drop Measurement Techniques: A Review // Water. 2016. V. 8 (1). P. 29. https://doi.org/10.3390/w8010029
  31. Guo Zhen Z., Zhao Hui L., and De Yong F. Experiments on ring wave packet generated by water drop // Chin. Sci. Bull. 2008. V. 53. P. 1634–1638. https://doi.org/10.1007/s11434-008-0246
  32. Чашечкин Ю.Д. Пакеты капиллярных и акустических волн импакта капли // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки. 2021. T. 1 (94). С. 73–92. https://doi.org/10.18698/1812-3368-2021-1-73-92
  33. Чашечкин Ю.Д., Прохоров В.Е. Гидродинамика удара капли: короткие волны на поверхности венца // ДАН. 2013. Т. 451. № 1. С. 41–45. https://doi.org/10.7868/S0869565213190109
  34. Edgerton H.E., Killian J.R. Jr. Flash. Boston: Hale, Cushman and Flint, 1939.
  35. Mills B.H., Saylor J.R., and Testik F.Y. An Experimental Study of Mesler Entrainment on a Surfactant-Covered Interface: The Effect of Drop Shape and Weber Number // AIChE Journal. 2012. V. 58. No. 1. P. 46–58. https://doi.org/10.1002/aic.12573
  36. Versluis M. High-speed imaging in fluids // Exp. Fluids. 2013. V. 54 (2). P. 1–55. https://doi.org/10.1007/s00348-013-1458-x
  37. Fernández-Raga M., Cabeza-Ortega M., González-Castro V., Peters P., Commelin M., and Campo J.| The Use of high-speed cameras as a tool for the characterization of raindrops in splash laboratory studies // Water. 2021. V. 13. 2851. https://doi.org/10.3390/w13202851
  38. Prokhorov V.E. Acoustics of oscillating bubbles when a drop hits the water surface // Phys. Fluids. 2021. V. 33. P. 083314. https://doi.org/10.1063/5.0058582
  39. Prokhorov V.E. Underwater gas bubbles produced by droplet impact: mechanism to trigger volumetric oscillations // Phys. Fluids. 2023. V. 35. P. 033314. https://doi.org/10.1063/5.0140484
  40. Notz P.K., Basaran O.A. Dynamics of drop formation in an electric field // J. of Colloid and Interface Sci. 1999. V. 213 (1). P. 218–237. https://doi.org/10.1006/jcis.1999.6136
  41. Chashechkin Yu.D., Ilinykh A.Y. Intrusive and impact modes of a falling drop coalescence with a target fluid at rest // Axioms. 2023. V. 12. No. 4. P. 374. https://doi.org/10.3390/axioms12040374
  42. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Гидродинамика. М.: Наука, 1986.
  43. Chashechkin Yu.D. Foundations of engineering mathematics applied for fluid flows // Axioms. 2021. V. 10. P. 286. https://doi.org/10.3390/axioms10040286
  44. Feistel R. Thermodynamic properties of seawater, ice and humid air: TEOS-10, before and beyond // Ocean Sciences. 2018. V. 14. P. 471–502.
  45. Harvey A., Hrubý J., and Meier K. Improved and always improving: reference formulations for thermophysical properties of water // J. of Phys. and Chem. Ref. Data. 2023. V. 52. P. 011501. https://doi.org/10.1063/5.0125524
  46. Gillot G., Derec C., Genevaux J.-M. et al. A new insight on a mechanism of air-borne and underwater sound of a drop impacting a liquid surface // Phys. Fluids. 2020. V. 32 (6). P. 062004.
  47. Чашечкин Ю.Д., Ильиных А.Ю. Разрыв спадающего всплеска — динамического следа слияния свободно падающей капли с покоящейся принимающей жидкостью // ДАН. Физика. 2022. Т. 505. С. 50–58.
  48. Li E.Q., Thoraval M.-J., Marston J.O. et al. Early azimuthal instability during drop impact // J. Fluid Mech. 2018. V. 848. P. 821–835. https://doi.org/10.1017/jfm.2018.383
  49. Чашечкин Ю.Д., Ильиных А.Ю. Перенос вещества на начальной стадии образования каверны в импактом режиме слияния свободно падающей капли // Изв.РАН. Механика жидкости и газа. 2024. № 6. С. 62–81. https://doi.org/10.31857/S1024708424060074
  50. УИУ “ГФК ИПМех РАН”: Гидрофизический комплекс для моделирования гидродинамических процессов в окружающей среде и их воздействия на подводные технические объекты, а также распространения примесей в океане и атмосфере. https://ipmnet.ru/uniqequip/gfk/
  51. Чашечкин Ю.Д., Ильиных А.Ю. Перенос вещества капли в толщу принимающей жидкости в начальной стадии процесса слияния // Известия РАН. Механика жидкости и газа. 2023, № 1, с. 54–68. https://doi.org/10.31857/S056852812260031X
  52. Чашечкин Ю.Д. Визуализация тонкой структуры возмущений поверхности жидкости течениями, вызванными упавшей каплей // Прикладная математика и механика. 2019. Т. 83. № 3. С. 403–412. https://doi.org/10.1134/S0032823519030032
  53. Chashechkin Yu.D. Visualization of the Fine Perturbation Structure of a Liquid Surface by Flows Induced by a Drop Impact // Fluid Dynamics. 2019. V. 54 (7). P. 919–926. https://doi.org/10.1134/S0015462819070036
  54. Чашечкин Ю.Д., Прохоров В.Е. Влияние электрического поля на динамику структурных компонентов течения при гравитационном отрыве капли воды // Изв.РАН. Механика жидкости и газа. 2024. № 3. C. 29–42.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).