Динамика и разрушение капель сложных жидкостей

• Автор: Рожков, Алексей Николаевич
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 335 с. : ил.

Аннотация
Глава 1. Разрушение сложных жидкостей (Обзор)
Глава 2. Динамика и разрушение импульсных микроструй полимерных жидкостей
Глава 3. Динамика и разрушение капли воды при столкновении с твердым препятствием
Глава 4. Динамика и разрушение капли полимерного раствора при столкновении с твердым препятствием
Глава 5. Динамика и разрушение капли раствора поверхностно-активных веществ при столкновении с твердым препятствием
Глава 6. Разрушение полимерных жидкостей при высокоскоростном ударе
Основные выводы и результаты работы
Литература
Иллюстрации

АННОТАЦИЯ
В работе экспериментально и теоретически исследованы процессы деформирования и разрушения капель жидкостей при их импульсном метании и соударении с твердыми препятствиями. Спецификой работы является исследование растворов полимеров и поверхностно-активных веществ - жидкостей, реологические и поверхностные свойства которых отличаются от свойств стандартных жидкостей. Другой особенностью работы является использование нестандартных гидродинамических ситуаций, таких как импульсное метание капли, столкновение капли с небольшим твердым препятствием, высокоскоростное ударное диспергирование жидкости. Выбор подобных ситуаций объясняется желанием минимизации числа определяющих факторов задачи, и, как следствие, однозначной интерпретации результатов наблюдений. В работе экспериментально установлены закономерности деформирования и разрушения капель жидкостей при динамическом воздействии. Построено теоретическое описание деформационного поведения капель при импульсном метании и ударе о твердую поверхность, а также установлены критерии реализации различных режимов разрушения капель.

Актуальность проблемы определяется широтой и многообразием процессов деформирования и разрушения капель простых и сложных жидкостей в природе и технике. Разрушение жидкости на капли играет ведущую роль в технологиях распыления топлива в двигателях, нанесения покрытий, струйной печати, капельного охлаждения, обработки растений химикатами, орошения посевов и во многих других. Несмотря на значительное внимание к рассматриваемой проблеме, до сих пор не найдено адекватного описания процессов разрушения жидкостей в ряде простейших ситуаций даже для идеальной жидкости. Вместе с тем, свойства реальных жидкостей могут существенно отличаться от модельных представлений. Добавки примесей к жидкости способны в ряде случаев существенно изменять характер течения. Так, в частности, добавки полимера подавляют или замедляют распад объемов жидкости на отдельные капли, а добавки поверхностно-активных веществ замедляют движение на определенной стадии удара капель о твердую поверхность. Примеси могут добавляться к жидкости специально с целью управления динамикой и распадом капель, а могут присутствовать в жидкости естественным образом, как, например, в случае биологических жидкостей. Эффективность управления процессами разрушения жидкостей с добавками примесей определяется уровнем понимания закономерностей разрушения сложных жидкостей. Закономерности разрушения могут быть установлены путем анализа наиболее простых гидродинамических ситуаций, таких, как распад импульсной струи (вытянутой капли), столкновение капли с небольшим препятствием, столкновение шара с цилиндрической каплей.

при интенсивных деформациях, если жидкость обладает такими свойствами.
Высокомолекулярные полимерные добавки к воде влияют на кавитационные явления [Вязьменский (1973)]. Так, например, обнаружено, что полимерные добавки увеличивают скорость эрозии материалов при кавитации, вызванной вибрацией [Ashworth and Froster (1975)], но в то же время подавляют эрозию материалов при кавитации, формируемой в потоке [Шаповал и Шальнее (1977)]. Возможны два механизма влияния добавок полимера на кавитацию. Первый механизм — это изменение структуры потока под действием добавок, в результате чего меняются условия для протекания кавитационных явлений. Второй - изменение скорости схлопывания индивидуального пузырька вследствие реологических эффектов в жидкости. Именно второй механизм влияния, который наиболее прямым образом связывает свойства жидкости и кавитационные особенности, обсуждается далее в обзоре.
Теоретические исследования не дают однозначного результата. В ряде работ получено замедление схлопывания под действием формирующихся внутренних напряжений в жидкости. Так, замедление схлопывания, при котором характер движения на финальной стадии оказывается колебательным, предсказано в рамках линейной максвелловской модели [Fogler and Goddard (1970)]. Другие формы замедления схлопывания получены при рассмотрении процесса в рамках различных вариантов модели Олдройда [Brutyan and Krapivsky (1991)]. Практически полная остановка течения наблюдается на поздней стадии схлопывания пузырька при описании процесса с помощью модели полимерного раствора Рискина [Ryskin (1990)]. Схлопывание пузырька в концентрированном полимерном растворе, когда эффекты реологии доминируют и допустимо безынерционное