Движение упругой капли через отверстие в тонкой пластине

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Исследуются удары капель воды и полимерных растворов по тонкой пластине с одиночным круглым отверстием. Диаметры капель перед ударом di совпадают с диаметрами отверстий dt. Их значения равны 3 мм. Капли падали с высоты 5, 10 и 20 мм и достигали скорости перед ударом 0.31, 0.44 и 0.63 м/с. Капли пролетали через отверстие, слегка касаясь его краев. Методами высокоскоростной фотографии зафиксированы различные стадии столкновения капли с препятствием. Обнаружено, что при изученных параметрах удара наблюдается значительное замедление струи отверстием, вплоть до полной остановки полета капли. Обсуждаются механизмы наблюдаемых явлений и влияние различных факторов.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. О. Руденко

Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: arudenko@ipmnet.ru
Россия, Москва

А. Н. Рожков

Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского РАН

Email: rozhkov@ipmnet.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Dbouk T., Drikakis D. On coughing and airborne droplet transmission to humans // Phys. Fluids. 2020. V. 32. P. 053310.
  2. Bourouiba L. Fluid Dynamics of Respiratory Infectious Diseases // Annu. Rev. Biomedical Engineering. 2021. V. 23. P. 547–577.
  3. Nielsen N.J. History of ThinkJet printhead development // Hewlett-Packard Journal. 1985. May. P. 4–10.
  4. Базилевский А.В., Мейер Д.Д., Рожков А.Н. Динамика и разрушение импульсных микроструй полимерных жидкостей. // Изв. РАН. МЖГ. 2005. № 3. С. 45–63.
  5. Lorenceau E., Quere D. Drops impacting a sieve // Journal of Colloid and Interface Science. 2003. V. 263. P. 244–249.
  6. Федюшкин А.И., Рожков А.Н., Руденко А.О., Гневушев А.А., Пунтус А.А. Режимы течения капли через отверстие // Материалы XIV Международной конференции по прикладной математике и механике в аэрокосмической отрасли (AMMAI’2022). Материалы конференции. Москва, 2022. С. 101–103.
  7. Базилевский А.В., Ентов В.М., Рожков А.Н. Распад жидкого мостика — метод реологического тестирования биологических жидкостей // Изв. РАН. Механика жидкости и газа. 2011. № 4. С. 119–129
  8. Рожков А.Н. Упругость и релаксационные свойства ротовой жидкости // Российский журнал биомеханики. 2021. Т. 25. № 4. С. 393–405.
  9. Руденко А.О., Рожков А.Н. Движение упругой капли через отверстие в пластине // Материалы XXIII Международной конференции по вычислительной механике и современным прикладным программным системам (ВМСППС’2023). Материалы конференции. Москва, 2023. С. 417–419.
  10. Lorenceau E., Clanet C., Quere D. Capturing drops with a thin fiber // Journal of Colloid and Interface Science. 2004. V. 279. P. 192–197.
  11. Kim S., Kim W. Drop impact on a fiber // Phys. Fluids. 2016. V. 28. P. 042001.
  12. Fedyushkin A.I., Rozhkov A.N., Rudenko A.O. Collision of water drops with a thin cylinder // Journal of Physics: Conference Series. 2021. V. 2057. P. 012034.
  13. Базилевский А.В., Рожков А.Н. Эффекты коалесценции при столкновении капель воды с тонким цилиндром // Девятая международная научная конференция — Школа молодых ученых. Физическое и математическое моделирование процессов в геосредах. Москва, ИПМех РАН , 18–20 октября 2023. C. 118–121.
  14. Федюшкин А.И., Гневушев А.А., Захаров А.С., Рожков А.Н. Влияние силы тяжести при обтекании жидкой каплей тонкой нити // Девятая международная научная конференция — Школа молодых ученых. Физическое и математическое моделиро-вание процессов в геосредах. Москва, ИПМех РАН, 18–20 октября 2023. C. 109–112.
  15. Базилевский А.В., Рожков А.Н. Удар микроструи воды по микроволокну // Изв. РАН. Механика жидкости и газа. 2023. № 5. С. 110–118.
  16. Руденко А.О., Рожков А.Н. Удар упругой капли по тонкому цилиндру // Высокомолекулярные соединения. Серия А. 2024. Т. 66. № 3. С. 236–247.
  17. Rozhkov, A., Prunet-Foch, B., Vignes-Adler, M. Star-like breakup of polymeric drops in electrical field // Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics. 2015. V. 226. P. 46–59.
  18. Базилевский А.В., Рожков А.Н. Всплеск упругой жидкости — реологический тест полимерных растворов // Высокомолекулярные соединения. Серия А. 2018. Т. 60. № 3. С. 235–248.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схема эксперимента.

Скачать (167KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Видеозаписи движения капель воды, ПАА-100 и ПАА-1k (а-в) через отверстие в пластине при падении капли с высоты 5 мм. Цена деления линейки на кадре 1 мм. B = πdiGθ2/(4m0) — количественный параметр, описывающий предполагаемый переход к разрушению капли [4].

Скачать (432KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Видеозаписи движения капель воды, ПАА-100 и ПАА-1k (а-в) через отверстие при падении с высоты h0 = 10 мм. Цена делений линейки на кадре 1 мм.

Скачать (504KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Видеозаписи движения капель воды, ПАА-100 и ПАА-1k (а–в) через отверстие при падении с высоты h0 = 20 мм. Цена делений линейки на кадре 1 мм.

Скачать (450KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Зависимость перемещения струи z от времени для различных жидкостей при падении капель с высот h0 = 5, 10 и 20 мм. 1 — вода h0 = 5 мм, 2 — вода h0 = 10 мм, 3 — вода h0 = 20 мм, 4 — ПАА100 h0 = 5 мм, 5 — ПАА100 h0 = 10 мм, 6 — ПАА100 h0 = 20 мм, 7 — ПАА1k h0 = 5 мм, 8 — ПАА1k h0 = 10 мм, 9 — ПАА1k h0 = 20 мм; Пунктиром показаны теоретические «беспрепятственные» траектории капель z = (2gh0)1/2t + gt2/2 для высот h0 = 5, 10 и 20 мм. Горизонтальная пунктирная линия разделяет область отрыва капель от пластины z > 3 мм и область захвата капель отверстием в пластине z < 3 мм.

Скачать (236KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Режимы течения как функции определяющих параметров. Цифрами обозначены варианты: 1 — G = 0, γ = 0, g = 9.81 м/с2, 2 — G = 0, γ = 0.072 Н/м, g = 0, 3 — G = 100 Па, θ = 0.1 с, γ = 0.072 Н/м, g = 9.81 м/с2, 4 — G = 100 Па, θ = 0.1 с, γ = 0, g = 0. Вычисления проведены c использованием пакета прикладных программ MatLab для случая vi = 0.49 м/c, a0 = 3 мм.

Скачать (75KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Численные решения уравнения (3.2) (сплошные кривые) в сравнении с экспериментальными данными для падения капель различных жидкостей с высоты h0 = 5 мм, vi = 0.2011 м/c (рис. 2). 1 — вода, G = 0, 2 — ПАА100, G = 51 Па, θ = 0.061с, 3 — ПАА1к, G = 146 Па, θ = 0.031с. Нолики отвечают захвату капель отверстием. Реологические параметры G и q оценены путем подбора наилучшего приближения методом наименьших квадратов.

Скачать (114KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Численные решения уравнения (3.2) в сравнении с экспериментальными данными для падения капель различных жидкостей с высоты h0 = 10 мм, vi = 0.2736 м/c (рис. 3). 1 — вода, G = 0, 2 — ПАА100, G = 71 Па, θ = 0.021 с, 3 — ПАА1к, G = 151 Па, θ = 0.021 с. Крестики отвечают отрыву капель от отверстия, нолики — захвату капель отверстием. Реологические параметры G и q оценены путем подбора наилучшего приближения методом наименьших квадратов.

Скачать (105KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Численные решения уравнения (3.2) в сравнении с экспериментальными данными для падения капель с высоты h0 = 20 мм, vi = 0.4931 м/c (рис. 4). 1 — вода, G = 0, 2 — ПАА100, G = 91 Па, θ = 0.011 с, 3 — ПАА1к, G = 151 Па, θ = 0.021 с. Крестики отвечают отрыву капель от отверстия.

Скачать (111KB)
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».