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 Доступ платный или 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.

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

© Российская академия наук, 2024