Evolution of vortices at the merging of an ethanol droplet with water in an intrusive mode

封面

如何引用文章

全文:

开放存取 开放存取
受限制的访问 ##reader.subscriptionAccessGranted##
受限制的访问 订阅存取

详细

The evolution of vortices formed when a freely falling drop of a 95% aqueous solution of ethanol, tinted with brilliant green, merges with water in the intrusive mode has been traced by method of high-speed video recording. The drop smoothly flows into the liquid and forms a subducting lenticular intrusion, in which a weakly expressed ring vortex is formed if the potential surface energy is greater than or of the same order as its kinetic energy. Gradually, the intrusion of lighter liquid begins to float up and contracts around the cavern, which takes on a conical shape. From the center of the pointed bottom of the cavity, which has reached its maximum depth, a compact volume containing a light liquid of droplet is pushed into the thickness of the liquid. After the cavern collapses, the primary intrusion spreads along the free surface of the target fluid. In this case, the submerging volume is transformed into a small spherical vortex, which reaches its maximum depth, and then stops and forms a compact secondary intrusion elongated vertically. Next, the central part of the secondary intrusion begins to flow up and gradually transforms into a new ring vortex. As it approaches the free surface, the diameter of the vortex increases. The slowly rising shell of the intrusion forms the bottle-shaped base of the cylindrical trace of the ring vortex, colored with droplet pigment. Changes in the sizes of the main structural components during the evolution of the flow pattern were traced.

全文:

受限制的访问

作者简介

B. Djoudar

Université des Sciences et de la Technologie d’Oran Mohamed Boudiaf

编辑信件的主要联系方式.
Email: bochra.djoudar@univ-usto.dz
阿尔及利亚, Oran

A. Ilinykh

Ishlinsky Institute for Problems in Mechanics of the Russian Academy of Sciences

Email: ilynykh@ipmnet.ru
俄罗斯联邦, Moscow

Yu. Chashechkin

Ishlinsky Institute for Problems in Mechanics of the Russian Academy of Sciences

Email: chakin@ipmnet.ru
俄罗斯联邦, Moscow

参考

  1. Darrigol O. Worlds of flow. A history of hydrodynamics from the Bernoullis to Prandtl. Oxford: University Press. 2005. 356 p.
  2. Оkabe J., Inoue S. The Generation of Vortex Ring // Kyushu Univ., Rep. Res. Inst. Appl. Mech. 1960. V. 8(32). P. 91–101.
  3. Бэтчелор Дж. Введение в динамику жидкости. М.: Мир, 1973. 760 с.
  4. Chapman D.S., Critchlow P. R. Formation of vortex rings from falling drops // J. Fluid Mech. 1967. V. 29(1). P. 177–185. https://doi.org/10.1017/S0022112067000709
  5. Rodriguez F., Mesler R. The penetration of drop-formed vortex rings into pools of liquid // J. Colloid Interface Sci. 1988. V. 121(1). P. 121–129 https://doi.org/10.1016/0021-9797(88)90414-6
  6. Cresswell R.W., Morton B.F. Drop-formed vortex rings-The generation of vorticity // Physics of Fluids. 1995. V. 7. P. 1363–1370. https://doi.org/10.1063/1.868524
  7. Lee J. S., Park S. J., Lee J. H., Weon B. M., Fezzaa K., Je J. H. Origin and dynamics of vortex rings in drop splashing // Nature Commun. 2015. V. 6(1). https://doi.org/10.1038/ncomms9187
  8. Dooley B., Warncke A., Gharib M. et al. Vortex ring generation due to the coalescence of a water drop at a free surface // Exp. in Fluids. 1997. V. 22. P. 369–374. https://doi.org/10.1007/s003480050062
  9. Степанова Е.В., Чашечкин Ю.Д. Перенос маркера в составном вихре // Известия РАН. МЖГ. ٢٠١٠. № 6. Р. 12–29.
  10. 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(4). P. 374. https://doi.org/10.3390/axioms12040374
  11. Zhang Y., Mu Z., Wei Y., Jamil H., Yang Y. Evolution of the heavy impacting droplet: Via a vortex ring to a bifurcation flower // Phys. of Fluids. 2021. V. 33. P. 113603. https://doi.org/10.1063/5.0064072
  12. Gao T.-C., Chen R.-H., Pu J.-Y., Lin T.-H. Collision between an ethanol drop and a water drop. Experiments in Fluids. 2005. V. 38(6). P. 731–738.https://doi.org/10.1007/s00348-005-0952-1
  13. Thomson W., Tait P.G. A Treatise on Natural Philosophy. Oxford (UK): Clarendon Press, 1867. 727 p.
  14. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Гидродинамика. М.: Наука, 1986. 736 с.
  15. Feistel R. Thermodynamic properties of seawater, ice and humid air: TEOS-10, before and beyond // Ocean Sciences. 2018. V. 14. P. 471–502. https://doi.org/10.5194/os-14-471-2018
  16. Harvey A. H., Hrubý J., 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.
  17. Найфэ А. Введение в методы возмущений. М.: Мир, 1984. 532 с.
  18. Chashechkin Y.D. Foundations of engineering mathematics applied for fluid flows // Axioms. 2021. V. 10(4). P. 286. https://doi.org/10.3390/axioms10040286
  19. 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. Сайт: http://www.ipmnet.ru/uniqequip/gfk/#equip.
  20. Чашечкин Ю.Д., Ильиных А.Ю. Задержка формирования каверны в интрузивном режиме слияния свободно падающей капли с принимающей жидкостью // Доклады РАН. Физика, технические науки. 2021. Т. 496. C. 34–39. https://doi.org/10.31857/S268674002101003X

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载
2. Fig. 1. Formation of an intrusion at the initial stage of the process of merging with tap water of a colored drop of 95% ethanol (D = 3.5 mm, U = 0.3 m/s, Eσ = 0.87 μJ, Ek = 0.82 μJ, Re = 600, Fr = 2.6, We = 11, Bo = 4.3, Oh = 0.0055, RE = Ek /Eσ = 1.064, Rρ = 0.1, Rσ = 0.007, length of the mark is 1 mm, the arrow indicates the boundary of the depression).

下载 (706KB)
索引源数据
3. Fig. 2. The second stage of the evolution of the flow pattern: collapse of the cavity, contraction of the intrusion, emergence, immersion and stop of the light vortex, forming a secondary intrusion (the parameters of the experiment are shown in Fig. 1).

下载 (726KB)
索引源数据
4. Fig. 3. Evolution of the flow pattern at the final stage of the fusion process of a drop of 95% ethanol solution, including the spreading of the primary intrusion, the transformation of the secondary intrusion, the formation and movement of the emerging vortex and its trace.

下载 (1012KB)
索引源数据
5. Fig. 4. Evolution of the sizes of the structural components of the picture of the fusion of an ethanol droplet with water (the experimental conditions are shown in Fig. 1): lines 1, 2 – depth hin(t) and diameter din(t) of the intrusion; 3 – diameter of the depression dd(t); 4 – depth of the lower edge of the immersed volume h2d(t); 5, 6 – diameter dca(t) and depth hca(t) of the cavern.

下载 (135KB)
索引源数据
6. Fig. 5. Flow geometry: a – depth of the upper (line 1) and lower (2) edges of the emerging liquid; b – evolution of the size of the primary intrusion during immersion of a drop of dilute aqueous solution of potassium permanganate (0.01%, crimson indices) and 95% ethanol solution (blue): lines 1, 2 – diameters, 3, 4 – heights.

下载 (197KB)
索引源数据
7. Fig. 6. Evolution of the flow geometry: a – dimensions of the submerging volume: curve 1 – depth of the lower edge, 2 – diameter; b – of the emerging vortex: curve 3 – depth, 4 – diameter.

下载 (147KB)
索引源数据

版权所有 © Russian Academy of Sciences, 2024

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».