Controle van de film te bestuderen van de bijdragen van golven te druppel effect dynamiek op dunne stroomt vloeistof Films

In feite werden twee categorieën van effecten bestudeerd; de eerste was voor druppels met lage traagheid (dat wil zeggen, Weber nummer, drop (Wed= ρdu2/σ) variërend van 3.1 tot 24,0 terwijl de tweede was voor druppels met hoge traagheid (i.e.,Wed 94-539) wat resulteert in een splash-resultaat. Dezelfde experimentele procedure werd echter gevolgd voor beide onderzoeken. Andere verwante dimensieloze hoeveelheden gebruikt in de studie omvatten de film Reynolds getal (Re = ρq/wµ, variërend tussen 55,5 en 333), de film nummer Weber (We = ρhNuN2 /Σ, variërend tussen 0.1061 en 2.1024), de daling van de getal van Ohnesorge (Oh µ= / (ρσd)1/2, variërend tussen 0,0018 en 0.0025) en het nummer van de Kapitza (Ka = σρ1/3/g 1/3 µ 4/3, waarin werd berekend als 3363 voor water). De laagdikte Nusselt (hN = [(3µ2Re)/(ρ2gsinβ)]1/3) werd gevonden aan bereik uit 4.034 x 10-4 tot 7.328 x 10-4 m, terwijl de Nusselt film snelheid (uN = ρgsinβhN2/3µ) bleek te bereik van 0.1376 tot 0.4545 m/s. Voor alle bovenstaande vergelijkingen is q het debiet van de film, variërend tussen 0.001667 en 0,01 m3/s; Β is het substraat Knikhoek, vastgesteld op 15˚ naar de horizontale; µ en ρ zijn de viscositeit en dichtheid, respectievelijk water geschat op 0,001 Pa s en 1000 kg/m3; Σ is de oppervlaktespanning kracht (0.072 N/m); en g is de zwaartekracht (9.81 m/s2). In de effecten van lage inertie, de trends waargenomen, hoewel een beetje vergelijkbaar (Figuur 4), tentoongesteld een aantal duidelijk spottable verschillen. Eerst, was over het algemeen opgemerkt dat de omvang van de daling van de satelliet geproduceerd op de Golf bult regio altijd groter ten van andere regio’s van impact opzichte was. Achteraf, het tegenovergestelde waar bleek op de capillaire Golf regio. De satelliet-druppels zijn altijd zeer klein. Dit komt doordat de radiale golf geproduceerd door de daling van de invloed wordt onderdrukt door de bestaande capillaire rimpelingen. Dientengevolge, wordt verder golfvoortplanting naar verticaal elongate de daling geremd, wat resulteert in het drop-verloor zijn potentieel om een voldoende lange verticale kolom, daarmee leidt het uitwerpen van alleen kleine secundaire druppels uit de slanke kolommen gevormd. Er werd ook opgemerkt dat de neiging van een cascade veel werd teruggebracht op de bult van de Golf in vergelijking met andere regio’s. In alle gevallen onderzocht, het product van gedeeltelijke samenvoeging, nauwelijks een andere gedeeltelijke samenvoeging, terwijl op een vlakke film ervaren, omhoog tot drie tot vier in acht worden genomen. De hoogte van de kolom werd ook waargenomen worden hoger en meest schuin in de stroomrichting op de Golf bult regio in vergelijking met andere regio’s. Op de vlakke film-regio in vergelijking met andere regio’s van de gevolgen is er een toename van de neiging van een stuiterende resultaat. Dit gebeurt als gevolg van de sterke smering kracht uitgeoefend op de druppel door deze dunne platte film, die de afvoer/dunner worden van de tussenliggende laag lucht tussen de daling en de film vertraagt, waardoor de fusie. Deze vervolgens resulteert in de waargenomen daling vervorming, evenals de uiteindelijke lanceerraket. Ter vergelijking, effecten op de bult van de Golf zijn meer vatbaar voor gedeeltelijke samenvoeging, deels te wijten aan de dikte van de film, het ontbreken van reeds bestaande golven (zoals gevonden in de capillaire Golf regio), en ten slotte de verminderde smering kracht veroorzaakt door circulatie van de stroom in deze regio. Deze cumulatief resulteren in het genereren van meer kolommen dan die welke op andere regio’s. Met een toename van de vloeibare film debiet (dat wil zeggen, film Re); effecten op de capillaire golven vaak resulteerde in een zachte glijden van de daling van de capillaire Golf zonder fusie (Zie figuur 5a-5 h). Deze rollende daling (Figuur 5 d-5f) later dan klimt de tegemoetkomende eenzame bult (Figuur 5 g en 5 nonies) waar het ervaringen een gedeeltelijke samenvoeging (niet afgebeeld). Echter het resultaat van het effect op de vlakke film regio gewijzigd van een gestage gedeeltelijke samenvoeging om de gunst van de stuiterende modus. In het geval van de impact op de capillaire golf leidde de toename van de film Re tot nauwer piek capillaire golven die dan gehandeld als een “kussen” waarop de daling van de “rode”, vandaar de waargenomen glijdende van de druppels. De minste Re, wordt een zeer snelle knijpen off van drop meestal waargenomen op de vlakke film regio (van grootte 90% van de aanvankelijke daling), met deze daling ervaren sommige “dancing” modus voordat het later wordt samengevoegd en in een normale gedeeltelijke samenvoeging resulteert. Dit is, echter niet waargenomen op andere regio’s van de gecontroleerde film. Met een toename van de daling van de Wed, werd naar voren gebracht dat de hoogte van de kolom zowel op de vlakke film-regio toegenomen en de bult van de Golf maar op de capillaire Golf regio verminderd. Tot slot, met een toename van de omvang van de daling, langer en breder kolommen werden waargenomen op de vlakke film-regio, die op zijn beurt aanleiding gaf tot een grotere daling van de satelliet. Echter, op de Golf-bult, dit werd niet waargenomen, in plaats daarvan een overgang naar totale samenvoeging werd waargenomen. Op de capillaire Golf, de toename van de grootte van de druppel geleid tot verminderde glijden van de daling en een overgang naar gedeeltelijke samenvoeging. De grootste daling, echter bijna onmiddellijk opgeleverd aan totale samenvoeging. Een samenvatting van deze resultaten is opgenomen in tabel 1. Buiten druppel snelheid 1,70 ± 0,03 m/s, een plons resultaat wordt waargenomen in de drie gewesten op het oppervlak van de film (Figuur 6). Echter al een vergelijkbare uitslag ook in dit regime waargenomen wordt, opvallende verschillen zijn waargenomen in de morfologie van kroon gevormd-zijn hoogte, diameter, wanddikte, tilt hoek, tijd aanwezig, alsmede aantal en grootte-distributie van uitgeworpen secundaire druppels. In de ‘wave bult regio”verschilt de kroon structuur van die in de ‘capillaire’ en ‘plat film regio’s ‘, zoals zijn vorm regelmatiger is. Het bezit ook een dikkere wand van de kroon en de hoogte van de kroon is hoger dan die in de ‘capillaire’ en ‘flat film regio’s ‘. Er zijn ook minder secundaire druppels uitgeworpen uit de velg ten opzichte van de kronen gevormd in de andere regio’s. Tot slot wordt een langere tijd van de samenvoeging waargenomen voordat de kroon is weggevaagd door de vloeiende film. In de ‘capillaire wave’ en de ‘platte film regio’ zijn de kronen gevormd ook heel verschillend op basis van een aantal functies. Eerst, werd naar voren gebracht dat de achterste hoogte van de kroon wordt beïnvloed door de capillaire bulten, alsmede de stroom omkering dynamiek in deze ‘capillaire Golf regio’, vandaar veroorzaakt de kroon gevormd om te verschijnen meer rechtop. Deze omkering van de stroom resulteert in het vervoer van vloeibare massa achteruit die de achterste hoogte van de kroon gevormd verhoogt. Dit is echter niet waargenomen op de platte films: de kroon wordt natuurlijk gekanteld in de vloeibare stroomrichting en kantelt nog steeds Re. Deze tilt kan worden waargenomen in de upstream- en downstream weerszijden van de kroon. In vergelijking, op de capillaire golven, als de film die re wordt verhoogd, lijkt de achterkant van de kroon te worden meer ‘rechtop’ op een wijze die volkomen tegengesteld aan die waargenomen op vlakke films. De hoogte van de kroon op de vlakke film is echter hoger dan die op de capillaire golven als gevolg van de opsluiting van het substraat. Er is ook een snellere begin van secundaire druppel uitwerpen uit de rand van de kroon, op de capillaire golven in vergelijking met die over vlakke films. Tot slot, meer secundaire druppels zijn uitgeworpen op de rand van de kroon op vlakke films dan die op capillaire golven. Temporele evolutie van de kroon toont een zwakke afhankelijkheid van de kroon-diameter op film Re in alle regio’s van de stroom. De zwakste afhankelijkheid van Re wordt waargenomen in de ‘wave bult regio”. In de ‘platte film regio”, wordt de hoogte van de kroon waargenomen om te verhogen met Re als verwacht, aangezien grotere Re worden geassocieerd met dikkere films. De mate van kroon neiging tot de stroomrichting is ook hoger met toenemende Re in de ‘platte film’, en ‘Golf hump’ regio’s; Dit effect, lijkt echter dat minder uitgesproken in de ‘capillaire Golf regio”. In de ‘wave bult regio”zijn er minder secundaire druppels uitgeworpen met toenemende Re. Er lijkt te zijn van een enigszins zwakke afhankelijkheid van de kroon hoogte Re, terwijl er een afname in de kroon coalescing tijd met toenemende Re, die het resultaat van de hogere snelheid van de vloeiende film waarop het effect optreedt is, die snel veegt de coalescing kroon uit de buurt van het oorspronkelijke punt van impact. Er is ook een verandering van de helling van de kroon in de ‘wave bult regio”afhankelijk van de concurrentie tussen de traagheid van de daling van de invloed en die van de vloeiende film. Bij lagere Re, de kroon wordt geconfronteerd met de stroomafwaartse richting, terwijl bij de hogere Re waardes, ligt tegenover de upstream (Figuur 7). Deze trend wordt niet waargenomen in de “capillaire wave” en “platte film regions”. In de ‘capillaire Golf regio”, worden meer secundaire druppels waargenomen bij lagere Re. Er is ook een toename van de totale hoogte van de kroon met Re, en op lagere Re, druppel uitwerpen is vooral richting de streamwise (met de rand van de kroon hoger vooraan dan aan de achterzijde en ook gekanteld meer naar de streamwise richting). De hoogte wordt meer symmetrische op hogere Re, die wordt verondersteld te worden als gevolg van het evenwicht effect van de hogere bulten die capillaire golven bezitten aan hun achterkant, waardoor Netwerktaakverdeling-off de kroon rim hoogte aan de achterkant. Met de daling van de Weber effect, het kan worden waargenomen dat de diameter van de kroon met een grotere snelheid met toenemende verhoogt Wed; de grootste tarief is gekoppeld aan de ‘Golf bult regio’. Verdere verschillen waargenomen in het nummer en de verdeling van de grootte van de uitgeworpen secundaire druppel in dit spetterend regime worden weergegeven in Figuur 8 en Figuur 9, respectievelijk. Een samenvatting van deze resultaten wordt gepresenteerd in tabel 2. Figuur 1: Experimental tuig. (A) schematische weergave van de experimentele rig, bestaande uit de dalende film-eenheid voor de stroom van vloeibare film over een geneigd glas-substraat; een film regeleenheid (bestaande uit een magneetventiel verbonden via een niet-arrêtering relais via data-acquisitie kaart en een functiegenerator die geautomatiseerde signaal controle van het openen en sluiten van de magneetklep); een spuitpomp gebruikt voor de generatie van druppels van gecontroleerde grootte van berekende hoogten boven het oppervlak van de film, en een high-speed camera voor digitale beeldbewerking. De verkregen resultaten worden geanalyseerd op het computersysteem. Van Adebayo & Matar 201715 gereproduceerd met toestemming van de Royal Society of Chemistry. (B) een picturale beeld van het tuig. (C) – (D) picturale beschrijving van verlichting regeling. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer. Figuur 2: Effect van film controle op Golf evolutie dynamiek op een stromende vloeistof film. (A) Shadowgraph afbeelding van film oppervlak voorafgaand aan de controle van de film. De film wordt gekenmerkt door de aanwezigheid van natuurlijk evoluerende golven die stochastische in de natuur en onregelmatige Spatio dynamiek vertonen. (B) Shadowgraph afbeelding van het oppervlak van de film na het dwingen. De golven zijn spatiotemporally regelmatige en voorspelbare, rendering bijdragen van de ruimtelijke structuur om druppel effect gemakkelijk te bestuderen. (C) eenzame Golf vorming op een gecontroleerde stromende vloeistof film markeren van de verschillende regio’s film oppervlakte namelijk capillaire Golf, vlakke film en Golf bult regio’s. (D) Magnified weergave van de structuur van een enkelvoud Golf het flow-profiel in elke zone te tonen. Van Adebayo & Matar 201715 gereproduceerd met toestemming van de Royal Society of Chemistry. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer. Figuur 3: ruimtelijke resolutie bij 5000 fps. Met een substraat Knikhoek van 15˚, wordt de ruimtelijke resolutie berekend als 67,5 µm/pixel en 46.6 µm/pixel in de richtingen zoals streamwise en spanwise, respectievelijk. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer. Figuur 4: Effect van film controle over het resultaat van de lage traagheid druppels invloed van verschillende regio’s van een gecontroleerde vloeiende film, contrasteerde tegen een ongecontroleerde film. De druppel-valhoogte is 0,005 m, druppel grootte is 3,3 mm, filmgevoeligheid is 5 x 10-3 m3/s, dwingen frequentie is 2 Hz, overeenkomt met de film Re 166,5, dalen We 3.134 en Oh 0.0021. De daling van de benaderingen van het oppervlak van de film (a) en triggers op contact (b), de afvoer van de tussenliggende laag lucht tussen het en de film. Deze resultaten in de vervorming van de druppel vorm en een radiale verspreiding van capillaire rimpelingen op het oppervlak van de film, in gang gezet op effect punt (c-d). Zodra de laag lucht is gescheurd, is een fusie van de vloeibare drop met de vloeibare film waargenomen (e) en een verticale groei van cilindrische vloeibare kolom (in het geval van een gedeeltelijke/totaal samenvoeging). Dit wordt gevolgd door een aanloop van capillaire golven op de kolom gevormd, die het kieuwopeningenvorm. Tot slot, een snuifje-off van een daling van de satelliet is (g-h), waargenomen in het geval van een gedeeltelijke samenvoeging, die van kleinere omvang tot de eerste moeder druppel is. Een herhaling van het proces van samenvoeging wordt ook gezien (i-j). Kwalitatieve verschillen zijn te zien in de resultaten waargenomen (stuiterende of schuivende of gedeeltelijke samenvoeging) en de aanwezigheid van een cascade; terwijl kwantitatieve verschillen zijn waargenomen in de tijd van de snuifje-off, het formaat (hoogte en breedte) van de vloeibare kolom gevormd, grootte van de daling van de uitgeworpen satelliet, en de trapsgewijze punten. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer. Figuur 5: druppel glijden op de capillaire Golf regio van een gecontroleerde vloeiende film. De diameter van de druppel is 2,3 mm, met een valhoogte van 0.008 m terwijl de film stroom tarief is 10 x 10-3 m3/s, overeenkomt met Oh = 0,0024, Wed = 5.014, en film Re = 333, respectievelijk. Dwingen werd uitgevoerd op 2 Hz. (a) aanpak. (b) contact. (c-f) Rollen drop. (g-h) Klimmen de tegemoetkomende eenzame bult. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer. Figuur 6: Effect van film besturingselement op spatten verschijnselen aan de verschillende regio’s van invloed op een gecontroleerde vloeiende film, contrasteerde tegen een ongecontroleerde film. De druppel-diameter bedraagt 3,3 mm, met een valhoogte van 0,25 m terwijl de film stroom tarief is 5 x 10-3 m3/s, overeenkomt met Oh = 0.0021, Wed = 224.8, en film Re = 166,5, respectievelijk. Dwingen werd uitgevoerd met 2 Hz. De daling van de vloeibare benadert het oppervlak film (a) en onmiddellijk op contact (b), ontwikkelt een ejecta blad dat in een kroon (c groeit). De groeiende kroon (d-e) later opbrengsten tot een Rayleigh-Plateau instabiliteit die tot het uitwerpen van kleinere druppeltjes van de velg (f-j leidt). De kroon wordt daarna samengevouwen en coalesces met de film (k), door het tegemoetkomende verkeer weg werd vervoerd. De unieke verschillen in de uitkomst van de invloed op de individuele regio’s van invloed zijn gezien het formaat (hoogte en diameter) van de kroon gevormde, nummer en grootteverdeling van uitgeworpen secundaire druppels, de mate van kroon tilt, wanddikte, kroon geconfronteerd met richting en samenvoeging van de laatste tijd. Van Adebayo & Matar 201715 gereproduceerd met toestemming van de Royal Society of Chemistry. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer. Figuur 7: Effect van film Reynolds en neerzetten Weber over kroon teeltmateriaal in de ‘wave bult regio”. De grootte van de druppel is 3,3 mm, overeenkomt met Oh = 0.0021 en de daling van de hoogten van de val was variëren van 0.20 tot 0.35 m (correspondeert met de Wed = 179,8-314.7) terwijl Re in het bereik van 55,5 tot en met 333 is. De rode diamanten verbeelden uitkomsten met de tegenover de stroomafwaartse richting terwijl de blauwe diamanten Toon resultaten van de upstream-gerichte kroon kroon. De helling van de kroon wordt beïnvloed door de concurrentie tussen de traagheid van de daling van de invloed en die van de vloeiende film. In het bijzonder bij lage Re, de kroon is geneigd de streamwise richting maar de traagheid van de vloeiende film aan belang wint, de richting verandert en gezichten stroomopwaarts. Deze kroon-upstream-gerichte richting wordt onderhouden dan een Re -waarde van ongeveer 250 ongeacht de omvang van wijd. Van Adebayo & Matar 201715 gereproduceerd met toestemming van de Royal Society of Chemistry. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer. Figuur 8: variatie van het aantal secundaire druppels uitgeworpen uit de rand van de kroon in de gevolgen van de verschillende regio’s van een gecontroleerde film (viz ‘capillaire wave’, ‘platte film’ en ‘wave bult’ regio’s weergegeven van links naar rechts, respectievelijk) contrasterende tegen een ongecontroleerde film. De grootte van de druppel is 3,3 mm overeenkomt met Oh = 0.0021, en de daling van de hoogten hebben zijn variëren van 0.20 tot 0.35, resulterend in impact snelheden binnen het bereik van de 1.981-2.621 m/s (die overeenkomt met wijd = 179,8-314.7). De rode rechthoeken verbeelden val valhoogte van 0,35 m, de groene Diamanten 0.3 m, de blauwe cirkels 0,25 m en de oranje vierkanten 0,2 m, respectievelijk. Het aantal uitgeworpen secundaire druppels verhoging met drop We in alle regio’s met een ongelijke trend wordt waargenomen met film Re -verhoging: op de Golf-bult, is er een daling in het aantal uitgeworpen secundaire druppels terwijl op zowel de capillaire Golf en de flat film van de regio’s, er is een lichte stijging. Een duik is opgemerkt rond film Re 166,5 voor de capillaire Golf, die als gevolg van de concurrentie tussen de tangentiële snelheden van de druppel en die van de film optreedt. De onevenredige trend op de ongecontroleerde films wordt verondersteld te ontstaan als gevolg van de stochastische aard van de golven op het oppervlak van de film. Van Adebayo & Matar 201715 gereproduceerd met toestemming van de Royal Society of Chemistry. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer. Figuur 9: Effect van effect regio op de grootteverdeling van uitgeworpen secundaire druppel op een gecontroleerde film contrast tegen een ongecontroleerde film. De grootte van de druppel is 3,3 mm terwijl het debiet van de film is 5 x 10-3 m3/s overeenkomt met een film Re van 166,5 en neerzetten Oh 0.0021. De daling van de daling van de hoogten zijn 0,2, 0,25, 0,3 en 0.35 m overeenkomt met wijd 179,8, 224.8, 269.8 en 314.7 respectievelijk. Op de capillaire Golf, de vorm van de distributie grotendeels ongewijzigd met Weber nummer verhoging, maar een merkbare toename van het aantal druppels van het bereik is 0.5 tot 1.0 mm. Op de vlakke films, echter de grootteverdeling wordt waargenomen om te variëren van 0 tot 2.0 mm, en een verschuiving naar de 0 tot 0,5 mm formaat druppels wordt waargenomen, zoals het aantal Weber wordt verhoogd. Deze toename van het aantal kleine druppels uitgeworpen duidelijk onderscheidt de vlakke film regio uit de andere regio’s. Op de Golf-bult toont de grootteverdeling dat grote druppels in het bereik (1.0 naar 2.0 mm) zelfs voor de kleinste getal van Weber onderzocht worden uitgeworpen. In tegenstelling tot het bovenstaande vertonen de druppel grootte distributies die is gekoppeld aan een ongecontroleerde film geen een discernibly afzonderlijke shape vanwege de stochastische aard van golven aan films. Van Adebayo & Matar 201715 gereproduceerd met toestemming van de Royal Society of Chemistry. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer. Parameters Capillaire Golf regio Vlakke film regio Wave bult regio Hoogte van de Apex van vloeibare kolom Korte Medium Hoge Grootte van de daling van de satelliet Kleine Gemiddelde Grote Cascade bestaan Zeldzame Ja Geen Effect van Re toenemen Glijdende verschijnselen Stuiterende verschijnselen Overgang naar totale samenvoeging Effect van verhoging van wij Afname van de hoogte van de kolom Stijging van de hoogte van de kolom Stijging van de hoogte van de kolom Effect van Oh verlagen Beperkte daling glijden Langer en breder kolommen, grotere satelliet druppels Overgang naar totale samenvoeging Tabel 1. Parametrische verschillen op lage-traagheid druppel effect dynamiek op verschillende regio’s van een gecontroleerde vloeiende film. Parameters Capillaire Golf regio Vlakke film regio Wave bult regio Vorm van de kroon Onregelmatige Onregelmatige Regelmatige Hoogte van de kroon Hoge Hogere Hoogste Wanddikte van de kroon Dunne Dunner Dikke Aantal secundaire druppels Meer De meeste Weinig/geen Kroon tilt hoek Vermindert met film Re Verhogingen met film Re Keert na Re 250 Tijd aanwezig Snelle Vertragen Meer vertraagd Effect van film Re toenemen Kroon wordt meer “rechtop” Stijging van de kroon hoogte, steiler kroon-helling in de stroomrichting van de film, Afname van het aantal secundaire druppels, wijzigen in crown-gerichte richting buiten Re 250 Effect van daling van de verhoging van de Weber Eerdere begin en toename aantal secundaire druppels en toename van de diameter van de kroon. Toename aantal secundaire druppels, kroon hoogte en diameter van de kroon; afname van de grootte van secundaire druppels Toename aantal secundaire druppels kroon hoogte, diameter van de kroon, samenvoeging en tijd verandering in de richting van de kroon-onder ogen ziet. Effect van drop Oh daling Stijging van de kroon diameter en hoogte Stijging van de kroon diameter en hoogte Stijging van de kroon diameter en hoogte Tabel 2. Parametrische verschillen op hoge-traagheid druppel effect dynamiek op verschillende regio’s van een gecontroleerde vloeiende film (het spetterend regime).