Динамика и устойчивость формы капель и пузырьков при течении вязкой жидкости

• Автор: Усанина, Анна Сергеевна
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 158 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ПЕРЕЧЕНЬ ОСНОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ДИНАМИКА И УСТОЙЧИВОСТЬ ФОРМЫ КАПЕЛЬ И ПУЗЫРЬКОВ ПРИ ТЕЧЕНИИ ВЯЗКОЙ ЖИДКОСТИ (ОБЗОР
ЛИТЕРАТУРЫ)
1Л. Движение и потеря устойчивости формы капель и пузырьков
1ЛЛ. Теоретические исследования
1Л.2. Экспериментальные исследования
1.2. Процесс растекания капель с учетом эффекта смачивания
1.2.1. Угол смачивания
1.2.2. Методы определения динамического краевого угла
1.2.3. Результаты исследований динамического краевого угла
Выводы по первой главе
ГЛАВА 2. УСТОЙЧИВОСТЬ ФОРМЫ КАПЛИ ПРИ МАЛЫХ ЧИСЛАХ РЕЙНОЛЬДСА
2.1. Характеристики модельных жидкостей
2.2. Движение капли в поле силы тяжести
2.3. Движение капли в поле центробежных массовых сил
2.3.1. Способ исследования устойчивости капель
2.3.2. Экспериментальная установка и методика исследования
2.3.3. Выбор условий экспериментов
2.3.4. Численное моделирование движения капли в закрученном потоке
2.3.5. Экспериментальное исследование движения капли в закрученном потоке
2.3.6. Анализ результатов экспериментального исследования
Выводы по второй главе
ГЛАВА 3. УСТОЙЧИВОСТЬ ФОРМЫ ПУЗЫРЬКА ПРИ МАЛЫХ ЧИСЛАХ РЕЙНОЛЬДСА
3.1. Характеристики модельных жидкостей
3.2. Экспериментальная установка и методика исследования
3.3. Критерии подобия задачи
3.4. Анализ результатов экспериментального исследования
3.5. Сравнительный анализ результатов по устойчивости формы капель и
пузырьков
Выводы по третьей главе
ГЛАВА 4. РАСТЕКАНИЕ КАПЕЛЬ С УЧЕТОМ ЭФФЕКТА СМАЧИВАНИЯ
4.1. Характеристики модельных жидкостей
4.2. Экспериментальная установка и измерение определяющих параметров эксперимента
4.3. Измерение динамических характеристик процесса растекания капли
4.4. Результаты экспериментов
4.5. Анализ экспериментальных результатов по динамическому взаимодействию жидкой капли с твердой поверхностью
4.6. Смачиваемость угольных порошков
4.7. Способ определения смачиваемости порошковых материалов
4.7.1. Описание способа определения смачиваемости
порошковых материалов
4.7.2. Апробация предложенного способа определения смачиваемости порошковых материалов
Выводы по четвертой главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ПЕРЕЧЕНЬ ОСНОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ
Сп - коэффициент аэродинамического сопротивления;
А А, А - диаметр капли (пузырька); диаметр эквивалентного сферического пузырька; диаметр сферической твердой частицы;
А - сила Архимеда;
А - сила сопротивления;
А _ сила тяжести;
А - сила инерции;
А„ _ сила динамического напора;
Аа - центробежная сила Архимеда;
А - сила поверхностного натяжения;
ускорение свободного падения;
А - высота капли;
п - угловая скорость вращения (число оборотов в секунду);
К-радиус цилиндрического сосуда, капилляра;
Т, Т1 - температура воздуха; температура рабочей жидкости; и - относительная скорость частицы (капли или пузырька), потока; и - вектор скорости капли в неподвижной системе координат; ис - скорость столкновения капли с твердой поверхностью; и1 — скорость движения линии трехфазного контакта;
иг — радиальная компонента вектора скорости капли в неподвижной системе координат;
и, - скорость гравитационного осаждения капли; аксиальная компонента вектора скорости капли в неподвижной системе координат; и' — вектор скорости движения капли в подвижной системе координат; и - тангенциальная компонента вектора скорости капли в неподвижной
системе координат;

Позднее Воинов О-В. [72], теоретически исследуя движение межфазной границы под действием поверхностных сил, обнаружил, что динамический краевой угол связан с капиллярным числом следующими зависимостями:
• для случая движения вязкой жидкости в капилляре
0^ = В3 + 9Са[1п(Л /Ьт)-С], (1.5)
• для случая растекания вязкой жидкости на плоской твердой поверхности
e3rf=e3+9Ca[ln(VZJ-l], (1-6)
где С - константа (для случая плоского капилляра С=1.5, для случая круглого капилляра С=1.83). Выражения (1.5) и (1.6) справедливы для малых капиллярных чисел Са«9(0.1) или, другими словами, для 0rf < Зтс/4.
В 1979г. Jiang T.S. и др. [96] преложил выражение для универсальной кривой Хоффмана
0.706 '

1 - 2th 5.

Са + у
1 + 1.31(Са +у)

(1.7)
где у - безразмерный коэффициент смещения, величина которого определяется значением равновесного краевого угла.
Becky Lavi и Abraham Marmur [59] для частично смачивающих жидкостей предлагают другой способ для нахождения эмпирической зависимости 9rf(Ca), основанный на определении величины смоченной поверхности, а не динамического краевого угла. Авторы исследовали растекание капель пяти различных жидкостей на кремниевой пластинке. На основе экспериментальных данных получена следующая экспоненциальная зависимость для кинетики частично смачивающих жидкостей
— = 1 - ехр
V */ у
(1.8)