Капельный кластер
Капельный кластер — гексагональная структура из микрокапель конденсата (характерный диаметр 20…200 мкм), левитирующих на расстоянии сопоставимом с диаметром капель над свободной поверхностью горизонтального слоя активно испаряющейся жидкости. Первое описание явления и комплекса условий, необходимых для его воспроизведения встречается в работе[1].
.jpg)
Краткое описание явления править
Принципиально важным для формирования и устойчивого существования капельного кластера является локальный характер нагрева межфазной поверхности (МФП) жидкость-газ, при этом, в слое не должны возникать термокапиллярные течения. Такие условия реализуются в жидкостях с высоким поверхностным натяжением, при наличии в них примесей поверхностно-активных веществ (ПАВ). В частности, явление воспроизводится в экспериментах с глицерином, бензиловым спиртом, этиленгликолем, но исторически основная часть исследований проводилась с водой. Над локально нагретым участком МФП пар резко охлаждается по мере удаления от жидкой поверхности. Как следствие, в газовой среде образуются микрокапли часть из которых выпадает на МФП, формируя кластер. Капельный кластер обеспечивает дополнительный механизм рассеяния энергии и является диссипативной структурой[2]. Левитация капельного кластера обусловлена аэродинамической силой сопротивления сферических капель паровоздушной струе, которая формируется над нагретым участком МФП[3]. Существует две основные концепции, объясняющие механизм формирования гексагональной структуры капельного кластера: близкодействующие силы отталкивания капель с точки зрения одной из этих концепций имеют аэродинамическую природу[4], с точки зрения другой — порождаются электрическим зарядом, накапливаемым каплями[5]. Перепад температуры между нижним и верхним участками поверхности капли достигает нескольких градусов, в то же время, конденсационный механизм образования капли препятствует накоплению в ней ПАВ. В таких условиях в каплях развиваются термокапиллярные течения, скорость которых может быть сопоставимой со скоростью обтекающей кластер паровоздушной струи. Как следствие - для кластера характерны весьма сложные и разнообразные аэродинамические эффекты: объединение капель в тандем[6], быстрое вращение нескольких капель вокруг общего центра (см. видео) и др.
Ссылки править
- ↑ 1 2 Федорец А. А. Капельный кластер. Письма в ЖЭТФ. — 2004. — № 8. — С .457-459.
- ↑ Аринштейн Э. А., Федорец А. А. Механизм рассеяния энергии капельным кластером. Письма в ЖЭТФ. — 2010. — № 10. — С .726-729.
- ↑ Федорец А. А., Марчук И. В., Кабов О. А. О роли потока пара в механизме левитации диссипативной структуры капельный кластер. Письма в ЖТФ. — 2011. — № 3. — С. 45-50
- ↑ Федорец А. А. Эффекты тепломассопереноса при локальном нагреве межфазной поверхности жидкость-газ. Автореферат докторской диссертации. Тюмень. 2011.
- ↑ A.V. Shavlov, Dzhumandzhi V.A., Romanyuk S.N. Electrical properties of water drops inside the dropwise cluster. Physics Letters A. — 2011. — V. 376. — p. 39-45.
- ↑ Федорец А. А. О механизме некоалесценции в капельном кластере. Письма в ЖЭТФ. — 2005. — № 9. — С .551-555.
Литература править
- Джуманджи В. А. Физические свойства упорядоченного водного аэрозоля - капельного кластера. Автореферат. 2013 г.
- Федорец А. А. Капельный кластер. Письма в ЖЭТФ. — 2004. — № 8. — С .457-459.
- A.V. Shavlov, V.A. Dzhumandzhi, S.N.Romanyuk - Sound oscillation of dropwise cluster - Physics Letters A 06/2012; 376(s 28–29):2049–2052.doi:10.1016/j.physleta.2012.05.012
- A.V. Shavlov, V.A. Dzhumandzhi, S.N. Romanyuk - Frictional flow of a dropwise cluster - Physica Scripta 10/2012; 86(5):055501.doi:10.1088/0031-8949/86/05/055501
- A.V. Shavlov, S.N. Romanyuk, V.A. Dzhumandzhi - Effective charge and effective radius of water droplet in dropwise cluster - Physics of Plasmas 02/2013; 20(2).doi:10.1063/1.4792260
- A.V. Shavlov, I.V. Sokolov, S.N. Romanyuk, V.A. Dzhumandzhi - Dropwise chains as the elements of water fog spatial structure - Physics Letters A 10/2013; 377(s 28–30):1740–1744.doi:10.1016/j.physleta.2013.05.009
- A.V. Shavlov, I.V. Sokolov, V.L. Khazan, S. N. Romanyuk - Viscosity of water fog - Physica Scripta 12/2014; 89(12).doi:10.1088/0031-8949/89/12/125402