Controllo del film di studiare i contributi delle onde a goccia impatto Dynamics su pellicole liquide sottile che scorre

In sostanza, sono state studiate due categorie degli impatti; il primo è stato per gocce a bassa inerzia (cioè, goccia numero di Weber, (cid= ρdu2/σ) che vanno da 3.1 a 24.0 mentre la seconda era per gocce con elevata inerzia (i.e.,Wed 94 a 539) conseguente risultato iniziale. Tuttavia, è stata seguita la stessa procedura sperimentale, per entrambi gli studi. Altre relative quantità adimensionale utilizzato nello studio includono il film numero di Reynolds (Re = ρq/wµ, che spaziano tra 55,5 e 333), il film numero di Weber (ci = ρhNuN2 /Σ, che spaziano tra 0.1061 e 2.1024), la goccia numero di Ohnesorge (Oh = µ/ (ρσd)1/2, che spaziano tra 0,0018 e 0,0025) e il numero di Kapitza (Ka = σρ1/3/g 1/3 µ 4/3, che è stata calcolata per essere 3363 per acqua). Lo spessore del film di Nusselt (hN = [(3µ2Re)/(ρ2gsinβ)]1/3) è stato trovato per gamma da 4.034 x 10-4 a 7.328 x 10-4 m, mentre il Nusselt film velocità (uN = ρgsinβhN23µ) è stato trovato per gamma da 0.1376 0.4545 m/s. Per quanto sopra equazioni, q è la portata di pellicola, variando fra 0.001667 e 0.01 m3/s; Β è l’angolo di inclinazione del substrato, fissato a 15 ˚ orizzontale; µ e ρ sono la viscosità e la densità, rispettivamente, di acqua stimata 0,001 Pa s e 1000 kg/m3; Σ è la forza di tensione superficiale (0,072 N/m); e g è la forza di gravità (9,81 m/s2). Gli impatti a bassa inerzia, le tendenze osservate, anche se un po’ simile (Figura 4), ha esibito una serie di differenze osservabili distintamente. In primo luogo, generalmente si è notato che la dimensione della goccia satellitare prodotta sulla regione di gobba onda era sempre più grande rispetto alle altre regioni dell’impatto. In retrospettiva, l’opposto è stato trovato vero sulla regione onda capillare. Le gocce di satellitare erano sempre molto piccole. Ciò si verifica perché l’onda radiale prodotta dalla goccia impattante diventa soppressa dalla Increspature capillare inesistente. Di conseguenza, ulteriore propagazione dell’onda di allungare verticalmente la goccia è inibita, che provoca la caduta di perdere suo potenziale per sviluppare una colonna verticale sufficientemente lungo, quindi leader per l’espulsione del solo piccole gocce secondari da esili colonne formato. Inoltre è stato osservato che la tendenza di una cascata è stata molto ridotta sulla gobba onda rispetto ad altre regioni. In tutti i casi esaminati, il prodotto di coalescenza parziale, appena sperimentato un altro coalescenza parziale, mentre su una pellicola piana, fino a tre a quattro sono osservati. L’altezza della colonna inoltre è stato osservato per essere più alto e più inclinata nella direzione del flusso sulla regione di gobba onda rispetto ad altre regioni. Sulla regione pellicola piana rispetto ad altre regioni dell’impatto, c’è un aumento nella tendenza di un risultato che rimbalza. Ciò si verifica a causa della forte lubrificazione forza esercitata sul drop da questa sottile pellicola piana, che rallenta il drenaggio/assottigliamento dello strato di aria intermedi tra la goccia e la pellicola, impedendo così la fusione. Quindi questo provoca la deformazione osservata goccia così come l’eventuale decollo. In confronto, gli impatti sulla gobba dell’onda sono più inclini a coalescenza parziale, parzialmente a causa dello spessore del film, l’assenza di onde pre-esistenti (come si trova nella regione onda capillare), e infine la forza ridotta lubrificazione causata da ricircolo di flusso in in questa regione. Questi cumulativamente causare la generazione di colonne piuttosto più lunghe rispetto a quelli prodotti in altre regioni. Con un aumento nel tasso di flusso di film liquido (cioè, pellicola Re); impatti sulle onde capillari provocato spesso un dolce scivolamento della goccia dell’onda capillare senza fusione (vedere Figura 5a-5h). Questo calo di rotolamento (Figura 5d-5f) più successivamente allora si arrampica la gobba solitaria in arrivo (Figura 5 g e h 5) dove si sperimenta una coalescenza parziale (non mostrata). Tuttavia, il risultato dell’impatto sulla regione pellicola piana cambia da una coalescenza parziale costante per favorire la modalità che rimbalza. Nel caso l’impatto sull’onda capillare, l’aumento nel film Re ha condotto a più molto attentamente con visiera onde capillari che poi ha agito come un “cuscino” su cui la goccia “cavalcato”, quindi la scorrevole osservato delle gocce. Presso l’ almeno Re, una presa molto veloce fuori goccia è osservata solitamente sulla regione pellicola piana (di dimensione 90% della goccia iniziale), con questo calo sperimentando alcune modalità di “dancing”, prima che più tardi si fonde e si traduce in una normale coalescenza parziale. Questo non è, tuttavia, osservato in altre regioni del film controllato. Con un aumento in discesa cid, è stato osservato che la colonna altezza aumentata sia sulla regione pellicola piana e la gobba onda ma ridotto sulla regione onda capillare. Infine, con un aumento nella dimensione delle gocce, più lunghe e larga le colonne sono state osservate sulla regione pellicola piana, che a sua volta ha dato luogo a una goccia più grande satellite. Tuttavia, sulla gobba onda, questo non è stato osservato, invece, è stata osservata una transizione a coalescenza totale. Sull’onda capillare, l’aumento della dimensione delle gocce ha portato allo slittamento ridotto il drop e una transizione a coalescenza parziale. La goccia più grande, tuttavia, ha reso quasi immediatamente a coalescenza totale. Un riassunto di questi risultati è presentato nella tabella 1. Di là della gocciolina velocità 1.70 ± 0.03 m/s, un risultato di spruzzo è osservato in tutte le tre regioni sulla superficie del film (Figura 6). Tuttavia, anche se un risultato simile si osserva anche in questo regime, vistose differenze si osservano nella morfologia della corona formata, la sua altezza, diametro, spessore della parete, angolo di inclinazione, tempo di coalescenza, nonché numero e distribuzione delle dimensioni di espulso goccioline di secondarie. Della regione’ onda gobba’, la struttura Corona è diversa da quella in ‘capillare’ e ‘flat regioni film’, come la sua forma è più regolare. Possiede anche una parete più spessa corona e l’altezza della corona è superiore a quella osservata nel ‘capillare’ e ‘flat regioni pellicola’. Ci sono anche meno goccioline secondarie espulsione dal suo bordo in confronto con le corone formate nelle altre regioni. Infine, un tempo più lungo di coalescenza è osservato prima la corona è spazzata via dalla pellicola che scorre. Nel ‘capillare onda’ e ‘pellicola piana nella regione’, le corone formate sono anche abbastanza differente basato su una serie di caratteristiche. In primo luogo, è stato osservato che l’altezza posteriore della corona subisce le gobbe capillare, così come le dinamiche di inversione di flusso in questa regione di capillare onda’ ‘, causando quindi la corona formata per apparire più eretta. Questa inversione di flusso comporta il trasporto di massa liquida con le versioni precedenti che aumenta l’altezza posteriore della corona formata. Questo, tuttavia, non viene osservato sulle pellicole piane: la corona è naturalmente inclinata nella direzione di flusso del liquido e si inclina ulteriormente con l’aumento di Re. Questa inclinazione può essere osservata in entrambe le estremità a Monte e a valle della corona. In confronto, le onde capillari, come la pellicola che re è aumentato, il lato posteriore della Corona sembra diventare più ‘verticale’ in un modo tutto opposto a quello osservato sulle pellicole piane. L’altezza della corona sulla pellicola piana è tuttavia, superiore a quella sulle onde capillari dovuto la relegazione del substrato. C’è anche una più rapida insorgenza dell’espulsione di gocciolina secondario dal cerchio corona, sulle onde del capillare rispetto a quella sulle pellicole piane. Infine, altre goccioline secondarie vengono espulsi sul bordo della corona sul film piani di quella su onde capillari. Evoluzione temporale della corona Mostra una dipendenza debole del diametro della corona sulla pellicola Re in tutte le regioni del flusso. La dipendenza più debole Re è osservata nella regione’ onda gobba’. Nella regione’ pellicola piana, l’altezza della corona è osservato per aumentare con Re come previsto, poiché i più grandi Re sono associati con pellicole più spesse. Il grado di inclinazione della corona verso la direzione del flusso è inoltre più alto con l’aumento del Re nel ‘pellicola piana’ e ‘onda gobba’ regioni; Questo effetto, tuttavia, sembra essere che meno pronunciato nella regione’ capillare onda’. Della regione’ onda gobba’, ci sono meno goccioline secondarie espulsione con l’aumento di re. Ci sembra essere una dipendenza un po’ debole dell’altezza della corona, il Re, mentre c’è una diminuzione del tempo di coalescenza di corona con l’aumento di Re, che è il risultato della maggiore velocità della pellicola che scorre su cui avviene l’impatto, che rapidamente spazza la coalescenza corona lontano dal punto di impatto originale. C’è anche un cambiamento nell’inclinazione della corona nella regione’ onda gobba’ a seconda della concorrenza tra l’inerzia della goccia impattante e quella del film che scorre. Presso inferiore Re, la corona si trova di fronte la direzione a valle, mentre a valori più elevati di Re , si affaccia a Monte (Figura 7). Questa tendenza non è osservata nelle ‘regioni pellicola piana’ e ‘capillare onda’. Nella regione’ capillare onda’, si osservano più goccioline secondarie inferiore Re. C’è anche un aumento dell’altezza complessiva di corona con Re, e, al più basso Re, espulsione della gocciolina è principalmente nella direzione longitudinale (con il bordo della corona superiore nella parte anteriore rispetto al posteriore e anche inclinato più verso il longitudinale direzione). L’altezza diventa più simmetrica al più alto Re, che si crede di essere l’effetto bilanciamento delle gobbe superiore quali onde capillari possiedono nella loro posteriore, quindi bilanciamento-fuori l’altezza del cerchio corona sul retro. Con la caduta di effetto di Weber, si può osservare che il diametro della corona aumenta a un ritmo maggiore con l’aumento di abbiamod; il maggior tasso è associato con la ‘regione di gobba onda’. Ulteriori differenze osservate nel numero e distribuzione delle dimensioni della goccia secondaria espulsa in questo regime spruzzi sono mostrati in Figura 8 e Figura 9, rispettivamente. Un riassunto di questi risultati è presentato nella tabella 2. Figura 1: sperimentale rig. (A) rappresentazione schematica dell’impianto di perforazione sperimentale, comprendente la caduta unità di pellicola per il flusso di film liquido su un substrato di vetro inclinate; un’unità di controllo pellicola (consistendo di un’elettrovalvola collegata attraverso un relè senza ritenuta tramite scheda di acquisizione dati e di un generatore di funzione che invia il segnale automatico comandare l’apertura e la chiusura dell’elettrovalvola); una pompa a siringa utilizzata per la produzione di goccioline di dimensioni controllate da calcolato altezze sopra la superficie della pellicola e una telecamera ad alta velocità per l’imaging digitale. I risultati ottenuti vengono analizzati sul sistema informatico. Riprodotto da Adebayo & Matar 201715 con l’autorizzazione di The Royal Society of Chemistry. (B) una visione pittorica del rig. (C) – (D) descrizione pittorica di illuminazione arrangiamento. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura. Figura 2: effetto di controllo pellicola sulle dinamiche di evoluzione dell’onda su una pellicola liquida che scorre. (A) immagine Shadowgraph di superficie di film prima del controllo del film. Il film è caratterizzato dalla presenza di evolvere naturalmente onde che sono stocastici in natura ed esibiscono irregolare spatiotemporal dynamics. Immagine di Shadowgraph (B) della superficie della pellicola dopo la forzatura. Le onde sono contributi di rendering spatiotemporally regolari e prevedibili, dalla struttura spaziale a goccia impatto facile studiare. (C) formazione di onda solitaria su una pellicola liquida che scorre controllata evidenziando le diverse regioni sull’onda capillare superficiale cioè di pellicola, pellicola piana e onda gobba di regioni. (D) Magnified view di una struttura singolare onda mostrando il profilo di flusso in ogni zona. Riprodotto da Adebayo & Matar 201715 con l’autorizzazione di The Royal Society of Chemistry. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura. Figura 3: risoluzione spaziale a 5000 fps. Con un angolo di inclinazione del substrato di 15 ˚, la risoluzione spaziale è calcolata per essere 67,5 µm/pixel e 46,6 µm/pixel in direzione longitudinale e spanwise, rispettivamente. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura. Figura 4: effetto di controllo pellicola sull’esito della bassa inerzia gocce un impatto di diverse regioni di un film che scorre controllata, in contrasto contro un film incontrollato. L’altezza di caduta delle gocce è 0,005 m, dimensione goccia è 3,3 mm, velocità della pellicola è di 5 x 10-3 m3/s, costringendo la frequenza è di 2 Hz, corrispondente alla pellicola Re 166,5, caduta abbiamo 3,134 e Oh 0,0021. La goccia si avvicina la superficie della pellicola (a) e il contatto (b), attiva il drenaggio dello strato intermedio dell’aria tra esso e il film. Questi risultati nella deformazione della forma goccia e una diffusione radiale di capillare increspature sulla superficie del film, iniziata al punto di impatto (c-d). Una volta che si rompe lo strato d’aria, una fusione della goccia del liquida con la pellicola liquida è osservato (e) e una crescita verticale della colonna di liquido cilindrico (in un caso di coalescenza parziale/totale). Questa è seguita da una rincorsa di onde capillari sulla colonna formata, che si allunga. Infine, un pizzico-off di una goccia di satellitare è osservato (g-h), in un caso di coalescenza parziale, che è di dimensioni più piccole per la discesa di madre iniziale. Una ripetizione del processo di coalescenza è visto come bene (i-j). Differenze qualitative sono visti i risultati osservati (coalescenza che rimbalza o scorrevole o parziale) e la presenza di una cascata; mentre le differenze quantitative sono osservate nel tempo pinch-off, le dimensioni (altezza e larghezza) della colonna di liquida formano, dimensione della goccia satellitare espulsa, e la cascata punti. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura. Figura 5: goccia scorrevole sulla regione onda capillare di un film che scorre controllata. Il diametro delle gocce è 2,3 mm, con un’altezza di caduta di 0,008 m mentre il flusso di film tasso è 10 x 10-3 m3/s, corrispondenti a Oh = 0,0024, cid = 5.014 e pellicola Re = 333, rispettivamente. Forzatura è stato effettuato a 2 Hz. (a) approccio. (b) contatto. (c-f) Goccia di rotolamento. (g-h) Arrampicata in arrivo solitaria gobba. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura. Figura 6: effetto di controllo del film su schizzi fenomeni sulle regioni differenti dell’impatto su una pellicola che scorre controllata, in contrasto contro un film incontrollato. Il diametro delle gocce è 3,3 mm, con un’altezza di caduta di 0,25 m mentre il flusso di pellicola tariffa è di 5 x 10-3 m3/s, corrispondenti a Oh = 0,0021, cid = 224,8 e pellicola Re = 166,5, rispettivamente. Forzatura è stato effettuato a 2 Hz. La goccia di liquido si avvicina la superficie della pellicola (a) e immediatamente al contatto (b), si sviluppa uno strato di materiale eiettato che cresce in una corona (c). La coltivazione della corona (d-e) rese più tardi a un’instabilità di Rayleigh-Plateau che conduce per l’espulsione di più piccole goccioline dal suo bordo (f-j). La corona crolla in seguito e assegna con la pellicola (k), trasportata via dal flusso in arrivo. Uniche differenze nel risultato impatto sulle singole regioni di impatto sono le dimensioni (altezza e diametro) della corona formata, numero e distribuzione delle dimensioni delle gocce secondari espulsi, inclinare il grado di corona, spessore della parete, corona rivolta direzione e tempo di coalescenza finale. Riprodotto da Adebayo & Matar 201715 con l’autorizzazione di The Royal Society of Chemistry. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura. Figura 7: effetto del film Reynolds e goccia Weber sulla propagazione di corona nella regione’ onda gobba’. La dimensione delle gocce è 3,3 mm, corrispondente a Oh = 0,0021 e la goccia altezze di caduta è stato variato da 0,20-0,35 m (corrispondente a abbiamod = 179,8-314,7) mentre il Re è nella gamma di 55,5 a 333. I diamanti rossi raffigurano i risultati con la corona rivolta nella direzione a valle, mentre i diamanti blu mostrano risultati rivolto a Monte Corona. L’inclinazione della corona è influenzato tramite la concorrenza tra l’inerzia della goccia impattante e quella del film che scorre. In particolare, al basso Re, la corona è inclinata nella direzione longitudinale ma come l’inerzia del film che scorre guadagni in importanza, la direzione cambia e si affaccia a Monte. Questa direzione rivolto a Monte-Corona è mantenuta di là di un valore di Re di circa 250 indipendentemente dalla grandezza del abbiamod. Riprodotto da Adebayo & Matar 201715 con l’autorizzazione di The Royal Society of Chemistry. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura. Figura 8: variazione del numero di goccioline secondarie espulso dal cerchio corona nelle regioni diverso impatto di una pellicola controllata (viz ‘capillare onda’, ‘pellicola piana’ e ‘wave gobba’ regioni, illustrate da sinistra a destra, rispettivamente) contrasto contro un film incontrollata. La dimensione delle gocce è 3,3 mm corrispondente Oh = 0,0021 e la goccia altezze sono state variate da 0,20 a 0.35, con conseguente velocità di impatto all’interno della gamma 1.981-2.621 m/s (corrispondente a abbiamod = 179,8-314,7). I rettangoli rossi raffigurano altezza di caduta di caduta di 0,35 m, verde diamanti 0.3 m, il blu cerchi 0,25 m, e l’arancione piazze 0,2 m, rispettivamente. Il numero di gocce secondario espulso aumento con goccia abbiamo in tutte le regioni mentre un andamento irregolare è osservato con la pellicola Re aumento: sulla gobba onda, c’è una diminuzione del numero di gocce secondari espulsi mentre su onda capillare sia piatto regioni, della pellicola c’è un leggero aumento. Un tuffo è notato attorno alla pellicola Re 166.5 per l’onda capillare, che si verifica a causa della concorrenza tra le velocità tangenziali della goccia e quella del film. La sproporzionata tendenza osservata sui film incontrollata è creduta per accadere come risultato della natura stocastica delle onde sulla superficie del film. Riprodotto da Adebayo & Matar 201715 con l’autorizzazione di The Royal Society of Chemistry. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura. Figura 9: effetto della regione di impatto sulla distribuzione di dimensione di goccia espulsa secondario su una pellicola controllata in contrasto contro un film incontrollato. La dimensione di goccia è 3,3 mm, mentre il tasso di flusso di film è 5 x 10-3 m3/s corrispondente ad una pellicola Re di 166,5 e goccia Oh 0,0021. Altezze di caduta della goccia sono 0,2, 0,25, 0,3 e 0,35 m corrisponde a abbiamod 179,8, 224,8, 269.8 e 314,7 rispettivamente. Sull’onda capillare, la forma della distribuzione è in gran parte inalterata con aumento di numero di Weber, ma un notevole aumento del numero di gocce della gamma 0,5-1,0 mm. Le pellicole piane, tuttavia, si osserva la distribuzione delle dimensioni che variano da 0 a 2.0 mm e uno spostamento è osservato verso le gocce di 0-0,5 mm di dimensioni, come è aumentato il numero di Weber. Questo aumento del numero di piccole gocce espulso differenzia chiaramente la regione di pellicola piana dalle altre regioni. Sulla gobba dell’onda, la distribuzione di dimensione Mostra che grandi gocce nell’intervallo (1,0-2,0 mm) vengono espulsi anche per il più piccolo numero di Weber esaminato. In contrasto con quanto sopra, le distribuzioni di dimensione goccia associate un film incontrollato non manifestano una forma comprensibile distinta a causa della natura stocastica delle onde in film. Riprodotto da Adebayo & Matar 201715 con l’autorizzazione di The Royal Society of Chemistry. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura. Parametri Regione di onda capillare Regione di pellicola piana Regione di gobba di onda Altezza di apice della colonna di liquido Breve Medio Alta Dimensione della goccia satellitare Piccolo Media Grande Esistenza di cascata Rari Sì Nessuno Effetto di Re aumentare Fenomeni di scorrimento Fenomeni di rimbalzanti Transizione a coalescenza totale Effetto di abbiamo aumento Diminuire in altezza colonna Aumento di altezza di colonna Aumento di altezza di colonna Effetto di Oh diminuire Ridotto goccia scorrevole Colonne più lunghe e larga, satellitare più grande gocce Transizione a coalescenza totale Tabella 1. Parametriche differenze sulle dinamiche di impatto a bassa inerzia gocciolina su diverse regioni di un film che scorre controllata. Parametri Regione di onda capillare Regione di pellicola piana Regione di gobba di onda A forma di corona Irregolare Irregolare Regolare Altezza corona Alta Superiore Più alto Spessore di parete di corona Sottile Dimensione più sottile Spessore Numero di gocce secondari Più Maggior parte Poco o nessuno Angolo di inclinazione della corona Riduce con la pellicola Re Aumenti con la pellicola Re Inverte oltre Re 250 Tempo di coalescenza Rapido Lento Più in ritardo Effetto della pellicola Re aumentare Corona diventa più “verticale” Aumento di altezza di corona, corona-inclinazione più ripida in direzione di flusso del film, Diminuzione del numero di gocce secondarie, cambiare in direzione rivolto a corona oltre Re 250 Effetto di goccia aumento di Weber Precedente inizio e aumento nel numero di gocce secondari e aumento di diametro corona. Aumento del numero di gocce secondarie, altezza corona e corona diametro; ridurre le dimensioni delle gocce secondari Aumento del numero di gocce secondarie, altezza corona, corona diametro, tempo di coalescenza e cambiamento in direzione rivolto a corona. Effetto di goccia Oh diminuzione Aumentare in altezza e diametro corona Aumentare in altezza e diametro corona Aumentare in altezza e diametro corona Tabella 2. Parametriche differenze sulle dinamiche di impatto ad alta inerzia gocciolina su diverse regioni di un film che scorre controllato (il regime spruzzi).