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.

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