Новости Общество водааэрозольфизика

Физики выяснили, как процесс разделения воды на капли можно использовать на пользу обществу (ФОТО)

base article image

Американские физики разработали модель распада тонкой пленки жидкости на отдельные капли, которая учитывает зависимость ее ускорения от времени. Такая пленка образуется, например, при столкновении капли жидкости с твердой поверхностью. Эти данные позволят более детально моделировать поведение различных химических жидкостей, например, аэрозолей.

Об этом сообщается в статье Physical Review Letters.

Предложенные результаты удалось подтвердить экспериментально с помощью высокоскоростной съемки разбрызгивания капель различных жидкостей. 

При контакте с поверхностью многие большие капли жидкости распадаются на значительно более маленькие отдельные капельки. При этом такое разбрызгивание может происходить не только после падения капли на поверхность с большой скоростью, но и в более спокойных условиях (например, даже если капля просто лежит на поверхности другого химического состава). Процесс формирования мелких брызг очень важен с точки зрения многих процессов химической технологии, основанных на работе с аэрозолями, а также для предотвращения распространения токсичных жидкостей или при исследовании процессов передачи болезней воздушно-капельным путем. В качестве одного из способов гашения брызг ученые предлагают, например, подбирать поверхности с нужными механическими свойствами.

Количество и форма брызг, а также скорость их образования, связаны с процессом развития гидродинамических неустойчивостей на границе между жидкостью и газом. Чаще всего отделение небольших капелек от объемной жидкости определяется неустойчивостями двух типов: Релея — Плато или Релея — Тейлора. В первом случае происходит распад очень тонкой струи на капли за счет стремления к уменьшению поверхностной энергии, а во втором важную роль при отрыве капелек играет еще и сила тяжести.

Как правило, теоретические работы рассматривают развитие двух этих типов неустойчивостей только в стационарном режиме, то есть в таких системах, в которых конфигурация не зависит от времени. Американские физики из Массачусетского технологического института под руководством Лидии Буруйба (Lydia Bourouiba) с помощью комплексного теоретического и экспериментального исследования показали, что в случае распада на брызги падающей на твердую поверхность капли очень важно учитывать еще и возможную нестационарность системы. Авторы работы отмечают, что при столкновении капли жидкости с твердой поверхностью сначала происходит образование радиально симметричной пленки в форме конуса, и именно нестационарное развитие этой пленки может приводить к развитию неустойчивостей и распаду на отдельные капли.

Для проведения эксперимента ученые использовали высокоскоростную камеру, с помощью которой исследовали процесс столкновения капель нескольких жидкостей с различными типами поверхностей (твердых и жидких), которые отличались друг от друга по упругим свойствам, расстоянию от точки падения до края, химическому составу и шероховатости. При этом в зависимости от свойств жидкости формируется конусообразный слой, который потом может распадаться на отдельные капли или нет.

 

Загрузка...

Оставайтесь в курсе событий.
Подписывайтесь на нас в социальных сетях.