Формирование всплывающего вихря при слиянии капли этанола с водой в интрузивном режиме


Просмотр статьи
PDF, 1,0 МБ

Formation of a Floating Up Vortex at the Merging of an Ethanol Droplet with Water in the Intrusive Mode

The pattern evolution of a 95% ethanol aqueous solution drop dyed by brilliant green merging with water was traced using high-speed video recording. In the traditional sequence of flows recorded in the intrusive mode (including the inflow of a drop into the liquid bulk with the formation of a lenticular intrusion, the delayed formation, development and collapse of the cavern, the transformation of the intrusion into a plunging ring vortex) in the merging pattern of a drop of a mixing lighter liquid, a new type of vortex ring is observed. When the maximum depth is reached, a compact volume containing drop matter is separated from the center of the pointed bottom of the cavity into the liquid bulk. The gradually submerging volume transforms into a small annular vortex, which, having reached its maximum depth, stops and forms a compact secondary intrusion of a cylindrical shape. Next, the intrusion, in which the lighter liquid of the drop is partially preserved, begins to float up and gradually transforms into a new ring vortex. The rising vortex leaves a cylindrical trace in the target liquid with a shell colored by the of drop pigment. The diameter of the vortex gradually increases, the trace takes on a bottle-shaped shape.

experiment, fluids of different densities, intrusion, cavern, submerging and rising vortices, trace

DOI: http://doi.org/10.33257/PhChGD.25.2.1093

Юлий Дмитриевич Чашечкин, Андрей Юрьевич Ильиных, Бошра Джудар

Том 25, выпуск 2, 2024 год



Эволюция картины слияния капли 95% водного раствора этанола, подкрашенного бриллиантовым зеленым, с водой прослежена методом высокоскоростной видеорегистрации. В традиционной по-следовательности течений, регистрируемых в интрузивном режиме, включающей втекание капли в толщу жидкости с образованием чечевицеобразной интрузии, запаздывающее формирование, разви-тие и коллапс каверны, трансформацию интрузии в погружающийся кольцевой вихрь, в картине слияния капли смешивающейся более легкой жидкости наблюдается кольцевой вихрь нового типа. При достижении максимальной глубины от центра заостренного дна каверны в толщу жидкости от-деляется компактный объем, содержащий жидкость капли. Постепенно погружающийся объем трансформируется в небольшой кольцевой вихрь, который, достигнув максимальной глубины, оста-навливается и образует компактную вторичную интрузию цилиндрической формы. Далее интрузия, в которой частично сохраняется более легкая жидкость капли, начинает всплывать и постепенно трансформируется в новый кольцевой вихрь. Всплывающий вихрь оставляет в принимающей жид-кости цилиндрический след, оболочка которого окрашивается пигментом капли. Диаметр вихря по-степенно увеличивается, след принимает бутылкообразную форму

эксперимент, разноплотные жидкости, интрузия, каверна, погружающийся и всплывающий вихри, след

DOI: http://doi.org/10.33257/PhChGD.25.2.1093

Юлий Дмитриевич Чашечкин, Андрей Юрьевич Ильиных, Бошра Джудар

Том 25, выпуск 2, 2024 год



1. Rogers W.B. On the formation of rotating rings by air and liquids under certain conditions of discharge // Amer. J. Sci., Second Ser. 1858. V. 26. pp. 246–258
2. Worthington A.M. On impact with a liquid surface // Proc. R. Soc. Lond. 1882. V. 34. pp. 217–230. https://doi.org/10.1098/rspl.1882.0035
3. Thomson J.J., Newall H.F. On the formation of vortex rings by drops falling into liquids, and some al-lied phenomena // Proc. R. Soc. London. 1885. V. 29. pp. 417–436.
4. Zeleny J. the electrical discharge from liquid points, and a hydrostatic method of measuring the electric intensity at their surfaces // Phys. Rev. 1914. V. 3(2), pp. 69–91. doi:10.1103/PhysRev.3.69
5. Thompson D.W. On growth and form. Cambridge University Press: Cambridge, UK. 1917. 793 p.
6. Оkabe J., Inoue S. The generation of vortex ring. Kyushu Univ. // Rep. Res. Inst. Appl. Mech. 1960. V. 8(32), pp. 91–101.
7. Бэтчелор Дж. Введение в динамику жидкости. М.: Мир, 1973. 760 с.
8. Rodriguez F., Mesler R. The penetration of drop-formed vortex rings into pools of liquid // J. Colloid Interface Sci.1988. V. 121(1). pp. 121–129. doi:10.1016/0021-9797(88)90414-6
9. 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). doi:10.1038/ncomms9187
10. Saha A., Wei Y., Tang X., Law C.K. Kinematics of vortex ring generated by a drop upon impacting a liquid pool // J. of Fluid Mech. 2019. V.875. pp. 842–853. doi:10.1017/jfm.2019.503
11. Степанова Е.В., Чашечкин Ю.Д. Перенос маркера в составном вихре // Известия РАН. МЖГ. 2010. № 6. с. 12–29.
12. Чашечкин Ю.Д. Перенос вещества окрашенной капли в слое жидкости с бегущими плоскими гравитационно-капиллярными волнами // Известия РАН. Физика атм. и океана. 2022. Т. 58(2). с. 218–229. DOI: 10.31857/S0002351522020031
13. Gao T.-C., Chen R.-H., Pu J.-Y., Lin T.-H. (2005). Collision between an ethanol drop and a water drop // Exp. in Fluids. 2005. V. 38(6). pp.731–738. doi:10.1007/s00348-005-0952-1
14. Чашечкин Ю.Д., Ильиных А.Ю. Распределение вещества капли в принимающей жидкости в ин-трузивном режиме слияния // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2022. T. 23(6). c.1–18. http://chemphys.edu.ru/issues/2022-23-6/articles/1023
15. Chashechkin Yu.D., Ilinykh A. Y. Intrusive and impact modes of a falling drop coalescence with a tar-get fluid at rest // Axioms. 2023. V. 12(4). pp. 374. doi:10.3390/axioms12040374
16. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Гидродинамика. М.: Наука, 1986. 736 с.
17. Feistel R. Thermodynamic properties of seawater, ice and humid air: TEOS-10, before and beyond // Ocean Sciences. 2018. V. 14. pp. 471–502.
18. Chashechkin Y.D. Foundations of engineering mathematics applied for fluid flows // Axioms. 2021. V. 10(4). pp. 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 слия-ния свободно падающей капли с принимающей жидкостью // Доклады РАН. 2021. T. 496. с. 34–39. DOI: 10.31857/S268674002101003X