Распределение вещества капли в принимающей жидкости в интрузивном режиме слияния


Просмотр статьи
PDF, 1,7 МБ

Distribution of the Drop Substance in the Target Fluid at the Coalescence Intrusive Mode

High-speed video recording was used to trace the matter transfer pattern of a freely falling col-ored water drop and the deformation of the free surface of the target fluid in the intrusive mode, when the available potential surface energy (APSE) exceeds the drop kinetic energy. At the initial stage of submerging, the free surface of the unified drop-target fluid system remains convex. The inflowing drop forms a lenticular intrusion in the fluid bulk, which gradually transforms into a vortex ring. The cavity begins to form with a time delay Δt = 10-12 ms. The surface of the cavity includes traditional flat, spherical, as well as cylindrical and conical sec-tions moving at different velocities. The temporal variability of the intrusion and cavern ge-ometry has been traced. In the wake, past the sub-merging ring, the drop matter is preserved in the form of individual fibers.

drop, cavern, intrusion, vortex, matter transport

DOI: http://doi.org/10.33257/PhChGD.23.6.1023


Том 23, выпуск 6, 2022 год



Методом высокоскоростной видеорегистрации прослежена картина переноса вещества свободно падающей капли воды и деформация свободной поверхности принимающей жидкости в интрузивном режиме, когда доступная потенциальная поверхностная энер-гия (ДППЭ) превышает кинетическую энергию капли. На начальном этапе слияния сво-бодная поверхность объединенной системы «капля – жидкость» остается выпуклой. Втекающая капля образует в толще жидкости чечевицеобразную интрузию, которая по-степенно преобразуется в вихревое кольцо. Каверна начинает формироваться с запазды-ванием Δt = 10-12 мс. Поверхность каверны включает участки различной формы – тра-диционные плоские и сферические, а также цилиндрические и конические, движущиеся с различной скоростью. Прослежена временная изменчивость геометрии интрузии и ка-верны. В следе за погружающимся кольцом вещество капли сохраняется в виде отдель-ных волокон.

капля, каверна, интрузия, вихрь, перенос вещества

DOI: http://doi.org/10.33257/PhChGD.23.6.1023


Том 23, выпуск 6, 2022 год



1. Rogers W.B. On the formation of rotating rings by air and liquids under certain conditions of dis-charge. Amer. J. Sci., Second Ser. 1858, 26, 246–258.
2. Thomson J.J., Newall H.F. On the formation of vortex rings by drops falling into liquids, and some allied phenomena. Proc. R. Soc. London. 1885, 29, 417–436
3. Worthington A.M., Cole R.S. Impact with a liquid surface, studied by the aid of instantaneous pho-tography. Phil. Trans. R. Soc. Lond. A. 1897, 189, 137–148
4. Worthington A.M. A study of splashes. Longmans, Green and Co: London, UK, 1908; 129 p.
5. Edgerton H.E., Killian Jr., J.R. Flash. Hale, Cushman and Flint: Boston, USA, 1939; 203 p.
6. Li E. Q., Thoraval M.-J., Marston J. O., Thoroddsen S. T. Early azimuthal instability during drop impact. J. Fluid Mech. 2018, 848, 821–835. https://doi.org/10.1017/jfm.2018.383.
7. Оkabe J., Inoue S. The Generation of Vortex Ring. Kyushu Univ., Rep. Res. Inst. Appl. Mech. 1960, 8(32), 91–101
8. Peck B., Sigurdson L. The three-dimensional vortex structure of an impacting water drop. Phys. of Fluids, 1994, 6(2), 564–576.
9. Чашечкин Ю.Д., Ильиных А.Ю. Задержка формирования каверны в интрузивном режиме слияния свободно падающей капли с принимающей жидкостью // Доклады РАН. 2021. том 496, с. 34–39. DOI: 10.31857/S268674002101003X
10. Чашечкин Ю.Д., Ильиных А.Ю. Распад капли на отдельные волокна на границе области кон-такта с принимающей жидкостью // Доклады Российской академии наук. Физика, Техниче-ские науки. 2021. T. 497. C. 31–35. DOI: 10.31857/S2686740021020139.
11. Чашечкин Ю.Д., Ильиных А.Ю. Полосчатые структуры в картине распределения вещества капли по поверхности принимающей жидкости // Доклады РАН. 2018. Т. 481. № 2. C. 145 -150. DOI: 10.1134/S1028335818070066.
12. Чашечкин Ю.Д. Эволюция тонкоструктурного распределение вещества свободно падающей капли в смешивающихся жидкостях // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2019. Т. 55. № 3. С. 67 – 77.
13. Ersoy N. E., Eslamian M. Capillary surface wave formation and mixing of miscible liquids during droplet impact onto a liquid film. Phys. of Fluids, 2019, 31(1), 012107.
14. Chashechkin Y.D. Foundations of engineering mathematics applied for fluid flows. Axioms, 2021, 10(4), 286.
15. Feistel R. Thermodynamic properties of seawater, ice and humid air: TEOS-10, before and beyond. Ocean. Sci. 2018, 14, 471–502.
16. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Гидродинамика. М.: Наука. 1986. 736 с.
17. Дубровин К., Зарвин А., Горбачев Ю. Е., Яскин А., Каляда В. В. Особенности процесса энер-гообмена в кластированном потоке аргона при инициации излучения электронным пуч-ком//Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2022. Т.23, вып. 4. DOI: 10.33257/PhChGD.23.4.1007
18. Емельянов В. Н., Тетерина И. В., Волков К. Н. Сопротивление и теплообмен маталл-оксидных агломератов в потоке продуктов сгорания твердого топлива//Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2020. Т.21, вып. 1. DOI: 10.33257/PhChGD.21.1.893
19. УИУ “ГФК ИПМех РАН”: Гидрофизический комплекс для моделирования гидродинамиче-ских 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. Множественные выбросы брызг при ударе капли // Доклады РАН. 2020, том 494, с. 42–46. DOI: 10.31857/S2686740020050181.
21. Chashechkin Yu. D., Ochirov A.A. Periodic waves and ligaments on the surface of a viscous expo-nentially stratified fluid in a uniform gravity field // Axioms. 2022. V. 11(8). 402. doi: 10.3390/axioms11080402.
22. Rayleigh L. On the Capillary Phenomena of jets // Proceedings of the Royal Society of London 1879. 29. 71–97.
23. Чашечкин Ю.Д., Прохоров В.Е. Трансформации перемычки в процессе отрыва капли // Прикладная механика и техническая физика. 2016. № 3. С. 16-31. DOI: 10.15372/PMTF20160303
24. Чашечкин Ю. Д., Прохоров В. Е. Визуализация картины течения импакта свободно падающей капли при генерации звуковых пакетов//Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2022. Т.23, вып. 5. DOI:10.33257/PhChGD.23.5.1011