Эволюция вихрей при слиянии капли этанола с водой в интрузивном режиме

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Методом высокоскоростной видеорегистрации прослежена эволюция вихрей, образующихся при слиянии с водой свободно падающей капли 95%-ного водного раствора этанола, подкрашенного бриллиантовым зеленым. В интрузивном режиме, когда потенциальная поверхностная энергия больше или одного порядка с ее кинетической энергией, капля более плотной жидкости плавно втекает и формирует в толще принимающей жидкости погружающуюся чечевицеобразную интрузию, которая постепенно трансформируется в кольцевой вихрь. Интрузия более легкой жидкости начинает всплывать и постепенно стягивается вокруг каверны, которая принимает коническую форму. От центра заостренного дна каверны, достигшей максимальной глубины, в толщу жидкости выталкивается компактный объем, содержащий легкую жидкость капли. После схлопывания каверны первичная интрузия расплывается вдоль свободной поверхности. При этом погружающийся объем трансформируется в небольшой сферический вихрь, который, достигнув максимальной глубины, останавливается и образует компактную вторичную интрузию, вытянутую по вертикали. Далее центральная часть вторичной интрузии начинает всплывать и трансформируется в новый кольцевой вихрь. Диаметр вихря увеличивается по мере приближения к свободной поверхности. Медленно всплывающая оболочка интрузии образует бутылкообразное основание цилиндрического следа кольцевого вихря, окрашенного пигментом капли. Прослежены изменения размеров основных структурных компонентов в ходе эволюции картины течения.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Б. Джудар

Университет науки и технологий Орана имени Моххамеда Будиафа

Автор, ответственный за переписку.
Email: bochra.djoudar@univ-usto.dz
Алжир, Оран

А. Ю. Ильиных

Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского Российской академии наук

Email: ilynykh@ipmnet.ru
Россия, Москва

Ю. Д. Чашечкин

Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского Российской академии наук

Email: chakin@ipmnet.ru
Россия, Москва

Список литературы

  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

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Формирование интрузии на начальном этапе процесса слиянии с водопроводной водой окрашенной капли 95%-ного этанола (D = 3.5 мм, U = 0.3 м/с, Eσ = 0.87 мкДж, Ek = 0.82 мкДж, Re= 600, Fr = 2.6, We = 11, Bo = 4.3, Oh = 0.0055, RE = Ek /Eσ = 1.064, Rρ = 0.1, Rσ = 0.007, длина метки – 1 мм, стрелкой отмечена граница депрессии).

Скачать (706KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Вторая стадия эволюции картины течения: схлопывание каверны, стягивание интрузии, вылет, погружение и остановка легкого вихря, образующего вторичную интрузию (параметры опыта приведены на рис. 1).

Скачать (726KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Эволюция картины течения на заключительной стадии процесса слияния капли 95%-ного раствора этанола, включающей растекание первичной интрузии, трансформацию вторичной интрузии, формирование и движение всплывающего вихря и его следа.

Скачать (1012KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Эволюция размеров структурных компонентов картины слияния капли этанола с водой (условия опытов приведены на рис. 1): линии 1, 2 – глубина hin(t) и диаметр din(t) интрузии; 3 – диаметр депрессии dd(t); 4 – глубина нижней кромки по-гружающегося объема h2d(t); 5, 6 – диаметр dca(t) и глубина hca(t) каверны.

Скачать (135KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Геометрия течения: а – глубина верхней (линия 1) и нижней (2) кромок всплывающей жидкости; б – эволюция размеров первичной интрузии при погружении капли разбавленного водного раствора перманганата калия (0.01%, малиновые индексы) и 95%-ного раствора этанола (синие): линии 1, 2 – диаметры, 3, 4 – высоты.

Скачать (197KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Эволюция геометрии течения: а – размеры погружающегося объема: кривая 1 – глубина нижней кромки, 2 – диаметр; б – всплывающего вихря: кривая 3 – глубина, 4 – диаметр.

Скачать (147KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 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».