Отправить статью по E-mail 
Моделирование осесимметричной формы равновесной капли, покоящейся на идеально гладком горизонтальном основании
- Авторы: Янковский А.П.1
-
Учреждения:
- Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН
- Выпуск: Том 88, № 4 (2024)
- Страницы: 594-621
- Раздел: Статьи
- URL: https://rjeid.com/0032-8235/article/view/675044
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0032823524040079
- EDN: https://elibrary.ru/WVWAMI
- ID: 675044
Цитировать
Полный текст
Открытый доступ
Доступ предоставлен
Доступ платный или только для подписчиков
Аннотация
Сформулирована задача расчета равновесной осесимметричной формы жидкой капли, покоящейся на недеформируемой горизонтальной плоскости. Впервые получено уравнение баланса сил, действующих на каплю в вертикальном направлении и замыкающее постановку рассматриваемой задачи. Разработан высокоточный численный метод решения поставленной нелинейной задачи. Исследована зависимость углов смачивания капель от варьирования входных данных задачи: химического состава капли, давления газа, силы дополнительного слабого взаимодействия (например, ван-дер-ваальсовых или электрохимического происхождения). Для капель малых диаметров показана возможность существования двух решений, которым соответствуют существенно разные углы смачивания: в первом решении углы смачивания меньше 90°, а во втором – больше 90°, достигая значений 160° и более. Существование двух равновесных форм капли малого диаметра подтверждено натурными экспериментами. Равновесные формы капель больших диаметров могут существовать только при наличии дополнительной слабой отталкивающей силы между жидкостью и опорной поверхностью, имеющей интенсивность порядка 10-7...10-5 Па. При этом для капель больших диаметров существует только одно решение.
Полный текст
Об авторах
А. П. Янковский
Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН
Автор, ответственный за переписку.
Email: yankovsky_ap@itam.nsc.ru
Россия, Новосибирск
Список литературы
- Войтик О.Л., Делендик К.И., Коляго Н.В., Рощин Л.Ю. Факторы, влияющие на характеристики смачивания частей паровой камеры // Инж.-физ. ж. 2020. Т. 93. № 5. С. 1126–1133.
- Матюхин С.И., Фроленков К.Ю. Форма капель жидкости, помещенных на твердую горизонтальную поверхность // Конденс. среды и межфазные границы. 2013. Т. 15. № 3. С. 292–304.
- Марчук И.В., Чеверда В.В., Стрижак П.А., Кабов О.А. Определение поверхностного натяжения и контактного угла смачивания по форме поверхности осесимметричных пузырей и капель // Теплофиз. и аэромех. 2015. Т. 22. № 3. С. 311–317.
- Bai M., Kazi H., Zhang X., Liu J., Hussain T. Robust hydrophobic surfaces from suspension HVOF thermal sprayed rare-earth oxide ceramics coatings // Article in Sci. Rep. 2018. V. 8. № 1. P. 6973-1–6973-8.
- Xu P., Coyle T.W., Pershin L., Mostaghimi J. Fabrication of superhydrophobic ceramic coatings via solution precursor plasma spray under atmospheric and low-pressure conditions // J. Therm. Spray Tech. 2019. V. 28. P. 242–254.
- Гуляев И.П., Кузьмин В.И., Ковалев О.Б. Высокогидрофобные керамические покрытия, получаемые методом плазменного напыления порошковых материалов // Теплофиз. и аэромех. 2020. Т. 27. № 4. С. 615–625.
- Contact Angle, Wettability, and Adhesion / ed. by Gould R.F. Washington: Amer. Chem. Soc. Advances in Chem. Ser, 1964.
- Финн Р. Равновесные капиллярные поверхности. Математическая теория. М.: Мир, 1989. 312 с.
- Русаков А.И., Прохоров В.А. Межфазная тензометрия. СПб.: Химия, 1994. 398 с.
- Саранин В.А. Равновесие жидкостей и его устойчивость. Простая теория и доступные опыты. М.: Ин-т компьют. исслед., 2002. С. 73–76.
- De Gennes P.G., Brochard-Wyart F., Quere D. Capillarity and Wetting Phenomena. Berlin: Springer, 2004.
- Kupershtokh A.L., Lazebryi D.B. Contact angles in the presence of an electrical field // J. of Phys.: Conf. Ser. 2020. 1675. 012106. P. 1–6. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1675/1/012106
- Del Rio O.I., Neumann A.W. Axisymmetric drop shape analysis: computational methods for the measurement of interfacial properties from the shape and dimensions of pendant and sessile drops // J. of Colloid&Interface Sci. 1997. V. 196. № 2. P. 136–147.
- Zholob S.A., Makievski A.V., Miller R., Fainerman V.B. Optimization of calculation methods for determination of surface tensions by drop profile analysis tensiometry // Advances in Colloid&Interface Sci. 2007. № 134. 135. P. 332–329.
- Кармо М.П. Дифференциальная геометрия кривых и поверхностей. М.;Ижевск: Ин-т компьют. исслед., 2013. 608 с.
- Новожилов В.В. Теория тонких оболочек. СПб.: Изд-во С.-Петерб. ун-та, 2010. 380 с.
- Власов В.З., Леонтьев Н.Н. Балки, плиты и оболочки на упругом основании. М.: Физматгиз, 1960. 491 с.
- Новацкий В. Теория упругости. М.: Мир, 1975. 872 с.
- Холл Дж., Уатт Дж. Современные численные методы решения обыкновенных дифференциальных уравнений. М.: Мир, 1979. 312 с.
- Деккер К., Вервер Я. Устойчивость методов Рунге–Кутты для жестких нелинейных дифференциальных уравнений. М.: Мир, 1988. 334 с.
Дополнительные файлы
