Commande de film pour étudier les Contributions des ondes à gouttelettes Impact dynamique sur mince qui coule liquide Films

Essentiellement, deux catégories d’effets ont été étudiés ; le premier était pour drops à faible inertie (c.-à-d., goutte nombre de Weber, (nousd= ρdu2/σ) allant de 3.1 à 24,0 tandis que la seconde était pour drops à haute inertie (i.e.,Wed 94 à 539) ce qui entraîne un résultat splash. La même procédure expérimentale, cependant, a été suivie pour les deux études. Autres grandeurs connexes utilisés dans l’étude incluent le film nombre de Reynolds (Re = ρq/wµ, allant de 55,5 à 333), le film nombre de Weber (nous = ρhNuN2 /Σ, comprise entre 0.1061 et 2.1024), la baisse du nombre d’Ohnesorge (Oh = µ/ (ρσd)1/2, allant de 0,0018 à 0,0025) et le nombre de Kapitza (Ka = σρ1/3/g 1/3 µ 4/3, qui a été évaluée à 3363 pour l’eau). L’épaisseur de film de Nusselt (hN = [(3µ2Re)/(ρ2NIBSβ)]1/3) a été trouvé à gamme de 4.034 x 10-4 à 7.328 x 10-4 m, alors que le Nusselt film vélocité (uN = ρNIBSβhN23µ) a été trouvé à la plage de 0,1376 à 0.4545 m/s. Pour tous les équations, q est le débit de film, variant entre 0.001667 et 0,01 m3/s ; Β est l’angle d’inclinaison de substrat, fixé à 15 ° à l’horizontale ; µ et ρ sont respectivement, la viscosité et la densité d’eau estimé à 0,001 Pa s et 1000 kg/m3; Σ est la force de tension superficielle (0.072 N/m) ; et g est la force gravitationnelle (9,81 m/s2). Les effets de la faible inertie, les tendances observées, quoiqu’un peu similaire (Figure 4), présentait un certain nombre de différences distinctement mutualiser. Tout d’abord, il a été généralement remarqué que la taille de la goutte de satellite produite sur la région de bosse vague était toujours plus grand comparativement à d’autres régions de l’impact. Avec le recul, le contraire a été trouvé vrai sur la région de vague capillaire. Les gouttes de satellites étaient toujours très faibles. Cela se produit parce que l’onde radiale produite par la baisse d’impact devient réprimée par les ondulations capillaires existantes. Ainsi, outre propagation de l’onde s’allonger verticalement la goutte est inhibée, qui aboutit à la chute de perdre sa capacité à développer une colonne verticale suffisamment longtemps, ce qui pointe à l’éjection de seulement minuscules gouttes secondaires des colonnes élancées formé. On a aussi observé que la tendance d’une cascade a été beaucoup réduite sur la bosse de vague par rapport à d’autres régions. Dans tous les cas examinés, le produit de la coalescence partielle, guère connu un autre coalescence partielle, tandis que sur un film plat, vers le haut dans trois à quatre sont respectées. La hauteur de la colonne a été observée aussi à être plus élevés et plus incliné dans le sens d’écoulement sur la région de bosse de vague par rapport à d’autres régions. Sur la région de film plat par rapport à d’autres régions de l’impact, il y a une augmentation de la tendance d’un résultat qui rebondit. Cela se produit en raison de la forte lubrification force exercée sur la baisse de ce film plat mince, qui ralentit l’écoulement/amincissement de la couche d’air intermédiaire entre la chute et le film, ce qui empêche la fusion. Cette époque se traduit par la déformation de la baisse observée ainsi que le lancement éventuel. En comparaison, les impacts sur la bosse de vague sont plus sujettes à la coalescence partielle, en partie à cause de l’épaisseur du film, l’absence de vagues préexistantes (que l’on trouve dans la région de vague capillaire), et enfin la force de lubrification réduite causée par recirculation d’écoulement dans cette région. Ils résultent cumulativement dans la génération de colonnes plutôt plus longues que celles produites sur d’autres régions. Avec une augmentation de la vitesse d’écoulement de liquide du film (c’est-à-dire, film Re) ; impacts sur les vagues capillaires a souvent donné lieu à un glissement doux de la baisse de la vague capillaire sans fusion (voir Figure 5 a-5 h). Cette baisse de roulement (Figure 5 d-5f) puis plus tard monte la butte solitaire sur-venue (Figure 5 g et 5 h) où il subit une coalescence partielle (non illustrée). Cependant, le résultat de l’impact sur la région de film plat change de la coalescence partielle constante pour privilégier le mode qui rebondit. Dans le cas de l’impact sur la vague capillaire, l’augmentation dans le film Re entraîné plus étroitement pointus ondes capillaires qui agissait alors comme un « coussin » sur lequel la chute « rode », d’où la coulissante observée des gouttes. À la moindre Re, un pincement très rapide hors de goutte est habituellement observé sur la région de film plat (de taille 90 % de la baisse initiale), avec cette baisse touchés par un mode « danse » avant il fusionne plus tard et se traduit par une coalescence partielle normale. Ce n’est, toutefois pas observé sur d’autres régions du film contrôlé. Avec une augmentation de goutte nousd, on a fait observer que la hauteur de la colonne a augmenté aussi bien sur la région de film plat et la bosse vague mais réduit sur la région de vague capillaire. Enfin, avec une augmentation de taille des gouttes, plus longs et plus larges des colonnes ont été observées sur la région de film plat, qui à son tour a donné lieu à une plus grande baisse de satellite. Cependant, sur la butte de vague, cela n’a été observée, au lieu de cela, une transition à coalescence total a été observée. Sur la vague capillaire, l’augmentation de taille des gouttes conduit à glissement réduite de la goutte et une transition à coalescence partielle. La plus forte baisse, cependant, a donné presque immédiatement à coalescence total. Ces résultats sont résumés dans le tableau 1. Au-delà des gouttelettes vitesse 1,70 ± 0,03 m/s, un résultat d’éclaboussure est observé dans les trois régions à la surface de film (Figure 6). Toutefois, si un résultat similaire est observé aussi bien dans ce régime, frappant des différences sont observées dans la morphologie de hauteur formée de son état, diamètre, épaisseur de paroi, angle d’inclinaison, temps coalescent ainsi que nombre et éjecté de la distribution de la taille de gouttelettes secondaires. Dans la région « onde bosse », la structure de la cime est différente de celle de la « capillaire » et « régions de film à plat », car sa forme est plus régulière. Il possède aussi une paroi plus épaisse de la Couronne et la hauteur de la Couronne est plus élevée que ceux observés dans les « capillaire » et « régions de film à plat ». Il y a aussi des gouttelettes secondaires moins éjectés de sa jante en comparaison avec les couronnes formé dans les autres régions. Enfin, un temps plus long de coalescence est observé avant que le ministère public est emporté par le film qui coule. Dans la « vague capillaire » ou la « région de film plat », les couronnes formés sont également très différentes basé sur un certain nombre de fonctionnalités. Tout d’abord, on a fait observer que la hauteur arrière de la Couronne est affectée par des bosses capillaires ainsi que la dynamique du renversement des écoulements dans cette région « vague capillaire », provoquant ainsi la Couronne formée pour apparaître plus verticale. Cette inversion de flux se traduit par le transport de masse liquide vers l’arrière qui augmente la hauteur arrière de la Couronne formée. Ceci, cependant, n’est pas observé sur les films plats : la Couronne est naturellement inclinée dans le sens d’écoulement de liquide et s’incline encore plus loin avec l’augmentation de Re. Cette inclinaison peut être observée dans les extrémités en amont et en aval de la Couronne. En comparaison, les vagues capillaires, comme le film que re est augmentée, la face arrière de la Couronne semble devenir plus « verticale » d’une manière tout à fait opposée à celle observée sur plats films. La hauteur de la Couronne sur le film plat est cependant plus élevée que celle sur les vagues capillaires en raison de l’enfermement du substrat. Il y a aussi une apparition plus rapide d’éjection de la goutte secondaire de la jante de la Couronne, sur les ondes capillaires comparativement à celui sur les films plats. Enfin, plus secondaires gouttelettes sont éjectés sur le bord de la Couronne sur les films plats que celui sur les ondes capillaires. Évolution temporelle de la Couronne présente une faible dépendance du diamètre de la couronne lors de film Re dans toutes les régions de l’écoulement. La plus faible dépendance Re est observée dans la région « onde bosse ». Dans la région « film plat », la hauteur de la Couronne est observée à augmenter avec Re comme attendu, puisque la plus grande et Re sont associés à des films plus épais. Le degré d’inclinaison de la couronne vers le sens d’écoulement est également plus élevé avec l’augmentation de Re dans le « film plat » et « onde bosse » régions ; cet effet, cependant, semble être que moins prononcée dans la « région de vague capillaire ». Dans la région « onde bosse », il y a moins de gouttelettes secondaires éjectés avec une augmentation de re Il semble exister une peu faible dépend de la hauteur de couronne Re, bien qu’il y a une diminution de la durée de coalescence de couronne avec une augmentation de Re, qui est le résultat de l’augmentation de la vitesse du film coulant à laquelle survient l’impact, qui rapidement balaie la Couronne coalescence loin du point d’impact initial. Il y a aussi un changement de l’inclinaison de la Couronne dans la région de « onde bosse » selon la compétition entre l’inertie de la baisse d’impact et celle du film qui coule. À plus faible Re, la Couronne doit faire face à la direction en aval, tout en Re des valeurs plus élevées, il est confronté à l’amont (Figure 7). Cette tendance n’est pas observée dans la « vague capillaire » et les « régions film plat ». Dans la région de la vague capillaire « », plus secondaires gouttelettes sont observées au bas Re. Il y a aussi une augmentation de la hauteur totale de la Couronne avec Re, et, à plus faible Re, éjection de gouttelettes est principalement dans la direction longitudinale (avec la jante de la Couronne supérieure à l’avant qu’à l’arrière et aussi inclinée en plus vers la longitudinale direction). La hauteur devient plus symétrique au plus Re, qui est censé être à la suite de l’effet équilibrant des bosses plus quelles ondes capillaires possèdent à leur arrière, ainsi l’équilibrage du décollage la hauteur du support Couronne à l’arrière. Avec la baisse effet Weber, on peut constater que le diamètre de la Couronne augmente à un taux plus élevé avec le nousd; le plus fort taux est associé à la « région de bosse de vague ». Autre différence observée dans le nombre et la distribution de la taille de la goutte secondaire éjectée dans ce régime éclaboussures sont indiquées dans la Figure 8 et Figure 9, respectivement. Ces résultats sont résumés dans le tableau 2. Figure 1 : plate-forme expérimentale. (A) représentation schématique de la plate-forme expérimentale de, , comprenant l’unité de film tombant pour l’écoulement de liquide du film sur un substrat en verre incliné ; une unité de contrôle de film (comprenant une électrovanne branchée sur un relais sans verrouillage par carte d’acquisition de données et un générateur de fonctions qui envoie le signal automatique contrôlant l’ouverture et la fermeture de l’électrovanne) ; un pousse-seringue utilisée pour la production de gouttelettes de tailles contrôlés d’une hauteur calculée au-dessus de la surface du film et une caméra à haute vitesse pour l’imagerie numérique. Les résultats obtenus sont analysés sur le système informatique. Reproduit d’Alan & Matar 201715 avec la permission de la Royal Society of Chemistry. (B) une vue image du gréement. (C) – (D) description picturale d’éclairage aménagé. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure. Figure 2 : effet de la commande de film sur la dynamique d’évolution de vague sur un film liquide qui coule. Image de Shadowgraph (A) de la surface du film avant commande film. Le film se caractérise par la présence d’évoluer naturellement les ondes sont stochastique dans la nature et présentent des dynamiques spatio-temporelles irrégulières. Image de Shadowgraph (B) de la surface du film après avoir forcé. Les vagues sont des contributions de rendu spatio-temporelle régulier et prévisible, de la structure spatiale de baisser l’impact facile à étudier. (C) formation d’onde solitaire sur un film de liquide qui coule contrôlé mettant en évidence les différentes régions de vague capillaire de surface savoir : film, film plat et vague bosse régions. (D) Magnified vue d’une structure d’onde du singulier montrant le profil d’écoulement dans chaque zone. Reproduit d’Alan & Matar 201715 avec la permission de la Royal Society of Chemistry. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure. Figure 3 : résolution spatiale à fps 5000. Avec un angle d’inclinaison de substrat de 15 °, la résolution spatiale est calculée à 67,5 µm/pixel et 46,6 µm/pixel dans les directions longitudinale et envergure, respectivement. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure. Figure 4 : effet du film contrôle sur le résultat de la faible inertie gouttes ayant une incidence sur les différentes régions d’un film fluide contrôlé, contrasté contre un film incontrôlé. La hauteur de chute de gouttelettes est de 0,005 m, taille des gouttes est 3,3 mm, vitesse de film est de 5 x 10-3 m3/s, forçant la fréquence est de 2 Hz, correspondant au film Re 166,5, drop nous 3.134 et Oh 0,0021. La baisse s’approche la surface du film (a) et le contact (b), déclenche le drainage de la couche d’air intermédiaire entre elle et le film. Ces résultats dans la déformation de la forme de goutte, une propagation radiale du capillaires ondulations sur la surface du film, initiée au point d’impact (c-d). Une fois que la couche d’air est rompue, une fusion de la goutte liquide avec le film liquide est observé (e) et une croissance verticale de colonne cylindrique de liquide (dans un cas de coalescence partielle/totale). Elle est suivie d’un point fixe d’ondes capillaires sur la colonne formée, qui s’allonge il. Enfin, un pincement d’une goutte de satellite est observé (g-h), dans une affaire de coalescence partielle, ce qui est de taille inférieure à la chute de mère initiale. Répéter le processus de coalescence est aussi bien vu (i-j). Des différences qualitatives sont visibles dans les résultats observés (coalescence rebondissant ou coulissant ou partielle) et la présence d’une cascade ; Bien que des différences quantitatives sont observées dans le temps de pincement, la taille (hauteur et largeur) de la colonne de liquide formé, taille de goutte éjecté par satellite, et la cascade points. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure. Figure 5 : goutte glisse sur la région de vague capillaire d’un film fluide contrôlé. Le diamètre des gouttelettes est 2,3 mm, avec une hauteur de chute de 0,008 m tandis que le débit de film taux est 10 x 10-3 m3/s, correspondant à Oh = 0,0024, nousd = 5.014 et film Re = 333, respectivement. Obligeant a été réalisée à 2 Hz. (a) approche. (b) le contact. (c-f) Le déploiement de goutte. (g.-h.) Escalade la butte solitaire venant en sens inverse. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure. Figure 6 : effet du contrôle de film sur éclaboussures des phénomènes sur les différentes régions de l’impact sur un film fluide contrôlé, contrasté contre un film incontrôlé. Le diamètre de la gouttelette est 3,3 mm, avec une hauteur de chute de 0,25 m tandis que le débit de film taux est de 5 x 10-3 m3/s, correspondant à Oh = 0,0021, nousd = 224,8 et film Re = 166,5, respectivement. Obligeant a été réalisée à 2 Hz. La goutte de liquide s’approche la surface du film (a) et développe immédiatement après le contact (b), une feuille d’éjectas qui pousse dans une couronne (c). La culture de la Couronne (d-e) des rendements plus tard à une instabilité de Rayleigh-Plateau qui mène à l’éjection de petites gouttelettes de sa jante (FJ). La Couronne s’effondre par la suite et fusionne avec le film (k), être emporté par la circulation venant en sens inverse. Les différences uniques dans le résultat de l’impact sur les différentes régions de l’impact sont visibles dans la taille (hauteur et diamètre) de la Couronne formée, nombre et distribution de la taille des gouttes secondaires éjectés, le degré de couronne tilt, épaisseur de paroi, Couronne face à la direction et le temps final de coalescence. Reproduit d’Alan & Matar 201715 avec la permission de la Royal Society of Chemistry. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure. Figure 7 : effet de film Reynolds et chute Weber sur la propagation de la Couronne dans la région « onde bosse ». La taille des gouttelettes est de 3,3 mm, correspondant à Oh = 0,0021 et la baisse des hauteurs de chute variait de 0,20 à 0,35 m (correspondant à nousd = 179,8-314.7) tandis que Re est de l’ordre de 55,5 à 333. Les diamants rouges représentent des résultats avec la Couronne dans la direction en aval, alors que les diamants bleus affichent des résultats en amont face à couronne. L’inclinaison de la Couronne est affecté par la concurrence entre l’inertie de la baisse d’impact et celle du film qui coule. Plus précisément, à faible Re, la Couronne est inclinée dans la direction longitudinale, mais comme l’inertie du fluide film gagne en importance, la direction change et qu’il doit faire face en amont. Cette couronne en amont-face vers est maintenue dépassant une valeur de Re d’environ 250 quel que soit l’ampleur des nousd. Reproduit d’Alan & Matar 201715 avec la permission de la Royal Society of Chemistry. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure. Figure 8 : Variation du nombre de gouttelettes secondaires éjecté de la jante de la Couronne dans les régions de l’impact différent d’un film contrôlé (viz « vague capillaire », « film plat » et « onde bosse » régions, montrées de gauche à droite, respectivement) contrasté contre un film incontrôlée. La taille des gouttelettes est de 3,3 mm correspondant à Oh = 0,0021 et la baisse des hauteurs ont été variées de 0,20 à 0,35, aboutissant à des vitesses d’impact au sein de la gamme 1.981-2.621 m/s (correspondant à nousd = 179,8-314.7). Les rectangles rouges représentent la hauteur de chute chute de 0,35 m, le vert diamants 0,3 m, le bleu des cercles 0,25 m, et l’orange squares 0,2 m, respectivement. Le nombre de gouttes secondaires éjectés augmente avec la chute nous dans toutes les régions tout en une tendance irrégulière est observé avec le film Re augmentation : sur la bosse de la vague, on observe une diminution du nombre de gouttes secondaires éjectés tandis que sur la vague capillaire et plat film de régions, on observe une légère augmentation. Un plongeon est remarqué autour film Re 166,5 pour la vague capillaire, qui survient à la suite de la compétition entre les vitesses tangentielles de la goutte et celle du film. La tendance disproportionnée observée sur les films non contrôlés est censée se produire en raison de la nature stochastique des vagues sur la surface du film. Reproduit d’Alan & Matar 201715 avec la permission de la Royal Society of Chemistry. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure. Figure 9 : effet de la région de l’impact sur la distribution granulométrique des éjecté goutte secondaire sur un film contrôlé contrasté contre un film incontrôlé. La taille des gouttes est 3,3 mm tandis que le débit du film est de 5 x 10-3 m3/s correspondant à un film Re de 166,5 et goutte Oh 0,0021. Hauteurs de chute de la chute sont 0,2, 0,25, 0,3 et 0,35 m correspondant à nousd 179,8, 224,8, 269,8 et 314,7 respectivement. Sur la vague capillaire, la forme de la distribution est en grande partie inchangée avec l’augmentation du nombre de Weber, mais une augmentation notable du nombre de gouttes de la gamme de 0,5 à 1,0 mm. Sur les films plats, cependant, on observe que la granulométrie varie de 0 à 2,0 mm, et un décalage est observé vers les gouttes de 0 à 0.5 mm de taille comme le nombre de Weber est augmenté. Cette augmentation du nombre de petites gouttes éjecté différencie clairement des autres régions, la région de film plat. Sur la bosse de la vague, la distribution granulométrique montre que les grosses gouttes dans la gamme (1,0 à 2,0 mm) sont éjectées même pour le plus petit nombre de Weber examiné. Contrairement à ce qui précède, les distributions de taille de goutte associées à un film incontrôlé ne présentent pas une forme visiblement distincte en raison du caractère stochastique des vagues sur ce genre de films. Reproduit d’Alan & Matar 201715 avec la permission de la Royal Society of Chemistry. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure. Paramètres Région de vague capillaire Région de film plat Région de bosse vague Hauteur de l’apex de la colonne de liquide Court Médium Haute Taille de goutte de satellite Petit Moyenne Grande Existence de cascade Rare Oui Aucun Effet de Re augmentation Phénomènes de glissement Phénomènes qui rebonds Transition à coalescence total Effet de l’augmentation de nous Diminution de la hauteur d’une colonne Augmentation de la hauteur d’une colonne Augmentation de la hauteur d’une colonne Diminution de l’effet de Oh Réduite baisse coulissant Les colonnes plus longs et plus larges, plus grand satellite tombe Transition à coalescence total Table 1. Différences paramétriques sur dynamique impact faible inertie gouttelette sur différentes régions d’un film fluide contrôlé. Paramètres Région de vague capillaire Région de film plat Région de bosse vague Forme de la Couronne Irrégulière Irrégulière Régulière Hauteur de la Couronne Haute Plus élevé Plus haut Épaisseur de paroi de couronne Mince Plus mince Épaisse Nombre de gouttes secondaires Plus Plupart Petit/aucun Angle d’inclinaison de fourche Réduit avec film Re Augmente avec le film Re S’inverse au-delà de Re 250 Coalescent fois Rapide Lente Plus retardé Effet de film Re augmentation Ministère public devient plus « verticale » Augmentation de la hauteur de la Couronne, Couronne plus raide et d’inclinaison dans le sens d’écoulement de film, Diminuer en nombre de gouttes secondaires, changement de couronne face vers delà Re 250 Effet de la baisse augmentation de Weber Apparition plus tôt et augmentation du nombre de gouttes secondaires et augmentation du diamètre de la Couronne. Augmentation du nombre de gouttes secondaires, hauteur de la Couronne et le diamètre de la Couronne ; diminution de la taille des gouttes secondaires Augmentation du nombre de gouttes secondaires, hauteur de la Couronne, diamètre de la Couronne, temps de coalescence et changement de couronne face vers. Effet de chute Oh baisse Augmentation de la hauteur et le diamètre de la Couronne Augmentation de la hauteur et le diamètre de la Couronne Augmentation de la hauteur et le diamètre de la Couronne Le tableau 2. Des différences paramétriques sur goutte de forte inertie d’impact dynamique sur différentes régions d’un film fluide contrôlé (le régime éclaboussures).