Фильм управления для изучения взносов волн капелька влияние динамики на тонких течет жидкость фильмы

По существу были изучены две категории последствий; Первый был для капель с низкой инерции (т.е., падение Вебер номер, (мыd= ρdu2/σ) начиная от 3.1 до 24,0 а второй был для капель с высокой инерции (i.e.,Wed 94 до 539) в результате в итоговом документе всплеск. Же экспериментальная, однако, процедура для обоих исследований. Другие связанные безразмерные величины, используемые в исследовании включают фильм число Рейнольдса (Re = ρq/wµ, от 55,5 до 333), фильм Вебер номер (мы = ρhNuN2 /Σ, диапазоне между 0.1061 и 2.1024), падение Ohnesorge номер (Oh = µ/ (ρσd)1/2, колебаясь между 0.0018 и 0,0025) и номером Капица (ка = σρ/1/3g 1/3 µ 4/3, который был рассчитан быть 3363 для воды). Толщина пленки Нуссельта (hN = [(3мкг2Re)/(ρ2gsinβ)]1/3) был найден в диапазоне от 4.034 x 10-4 до 7.328 x 10-4 m, Хотя Нуссельта фильм скорость (uN = ρgsinβhN2/3µ) был найден в диапазоне от 0.1376 до 0.4545 м/сек. Для всех выше уравнений q является фильм скорость потока, изменяющиеся между 0.001667 и 0,01 м3/сек; Β -это угол наклона подложки, фиксированной в 15˚ к горизонтальной; мкг и ρ являются вязкости и плотности, соответственно, воды, оценивается в 0.001 ПА s и 1000 кг/м3; Σ – сила поверхностного натяжения (0,072 N/м); и g является гравитационной силы (9,812). В области воздействия низкой инерции тенденции, хотя немного аналогичные (рис. 4), выставлены ряд отчетливо заметными различиями. Во-первых он был вообще заметил, что размер спутниковой падение на регионе горб волна была всегда больше по сравнению с другими регионами воздействия. В ретроспективе наоборот был найден истинный капиллярные волны региона. Спутниковое капли всегда были очень малы. Это происходит потому, что радиальные волны, производится воздействие падение становится подавлено существующих капиллярного рябь. В результате дальнейшего распространения волн для вертикально удлиненное падение ингибируется, что приводит к падение, потеряв свой потенциал для разработки достаточно длинный вертикальный столбец, тем самым ведущих для отстрела только крошечные капли среднего от стройные колонны сформирован. Было также отмечено, что тенденция Каскад намного сократилось на волне горб, по сравнению с другими регионами. Во всех случаях изучены, продукт Частичное сращивание, вряд ли испытали другой Частичное сращивание, на Плоская пленка, до наблюдаются с трех до четырех. Высоту столбца было также отмечено выше и наиболее наклонена в направлении потока на волны горб региона по сравнению с другими регионами. На плоской фильм региона по сравнению с другими регионами воздействия есть увеличение тенденция подпрыгивая исхода. Это происходит из-за сильного смазки, сила на падение на этот тонкий плоский фильм, который замедляет дренажа/рубки промежуточного слоя воздуха между падение и фильм, тем самым предотвращая слияния. Это приводит к деформации наблюдается падение, а также последующего взлета. В сравнении воздействие на горб волны более подвержены Частичное сращивание, отчасти из-за толщины пленки, отсутствие ранее существовавших волн (как найти в регионе капиллярные волны), и наконец снижение смазки силы, вызванные рециркуляции потока в Этот регион. Эти совокупности привести поколения скорее больше столбцов, чем те, которые производятся на других регионах. С увеличением скорости потока жидкой пленки (т.е., пленка ре); воздействие на капиллярные волны часто приводит к нежным скольжения падения капиллярные волны без слияния (см. Рисунок 5a-5 h). Это подвижного падения (рис. 5 d-5f) более поздно после этого взбирается на ближайшие одиночных горб (рис. 5 g и 5 h) где оно испытывает Частичное сращивание (не показан). Однако результат воздействия на регион Плоская пленка меняется от устойчивый Частичное сращивание в пользу режима подпрыгивая. В случае воздействия на капиллярные волны увеличение в фильме Re привело к более тесно пика капиллярные волны, которые затем выступал в качестве «подушку», на котором падение «поехали», отсюда наблюдаемых раздвижные капель. В наименее Reочень быстро щипать прочь падение обычно наблюдается на плоской фильм регионе (размер 90% от первоначального падения), с этого падения, испытывают некоторые «танцы» режим, прежде чем он позднее объединяет и приводит в нормальное Частичное сращивание. Это однако, не наблюдается в других регионах, контролируемых фильма. С увеличением падения мыd, было отмечено, что высоту столбца увеличилось на регионе Плоская пленка и волны горб но снижается на капиллярные волны региона. Наконец с увеличением размера капли, длиннее и шире столбцы были замечены на регионе Плоская пленка, которая в свою очередь породила большие капли Спутниковое. Однако, на волне горб, это не было, вместо этого, было отмечено, переход к общей коалесценции. На капиллярные волны увеличение размера падение привело к снижение скольжения падения и переход к частичной коалесценции. Крупнейший падение, однако, почти сразу же уступил всего коалесценции. В таблице 1приводится резюме этих результатов. За пределами капелька скорость 1,70 ± 0,03 м/сек, всплеск результат наблюдается во всех трех регионах на поверхности пленки (рис. 6). Однако хотя аналогичный результат наблюдается также в этом режиме, различия наблюдаются в морфологии Корона сформирован ее высота, диаметр, толщина стенки, угол наклона, поглощающий время, а также число и размер распределение выбрасывается вторичные капельки. Региона «волна горб» Корона структура отличается от «капиллярной» и «плоский фильм регионов», как его форма является более регулярной. Он также обладает толще стены короны и высота корону выше, чем те, которые наблюдаются в «капилляр» и «плоские фильм регионов». Есть также меньше среднего капель, извлекается от rim по сравнению с коронками, сформированные в других регионах. Наконец более длительное время коалесценции наблюдается до короны сметены течет фильм. В «капиллярные волны» и «плоская пленка регион» сформировали короны отличаются также основанные на ряд функций. Во-первых было отмечено, что задние Высота коронки зависит от капиллярной неровности, а также динамика потока разворота в этом капиллярные волны региона, таким образом вызывая короны, сформирована появляться более вертикально. Этот поток разворота приводит перевозки обратной жидкой массы, которая дополняет задние высота короны сформирован. Это, однако, не наблюдается на плоской фильмов: Корона естественно наклонена в направлении потока жидкости и наклон даже далее с увеличением Re. Этот наклон можно наблюдать в верхнем и нижнем течении концы короны. Для сравнения, на капиллярные волны, как фильм, который Re увеличивается с задней стороны Короны появляется, чтобы стать более вертикально таким образом, вполне противоположное тому, что наблюдается на плоских пленок. Высота коронки на Плоская пленка, однако, выше, чем на капиллярных волн из-за сосредоточения субстрата. Существует также более быстрое наступление вторичных капелька изгнания из короны обода, на капиллярных волн по сравнению с что на плоской фильмов. Наконец больше среднего капель выбрасываются на ободе Корона на плоских пленок чем на капиллярные волны. Временная эволюция короны показывает слабая зависимость диаметра кроны на пленке Re во всех регионах потока. На слабых зависимость от Re наблюдается в регионе «горб волна». В регионе «Плоская пленка,» Высота коронки наблюдается увеличить с Re как ожидалось, поскольку больше Re связаны с толще фильмов. Степень наклона короны в направлении потока также выше, с увеличением Re «плоский фильм» и «волна горб» регионах; Этот эффект, однако, представляется менее выражен в регионе капиллярные волны. В «волна горб регионе» есть меньше среднего капель, выбрасывается с увеличением Re. Видимому, довольно слабая зависимость Корона высоты на Re, хотя есть снижение коалесцирующего время Корона с увеличением Re, который является результатом увеличения скорости течет пленки, на которой происходит воздействие, которое быстро зачисток коалесцирующего короны от первоначальной точки воздействия. Есть также изменения в наклон короны в «волна горб регионе» в зависимости от конкуренции между инерции падения, удара и что течет фильма. На нижнем Re, Корона сталкивается направление вниз по течению, в то время как на более высоких значений Re , он сталкивается вверх (рис. 7). Эта тенденция наблюдается не в «капиллярные волны» и «плоская пленка регионах». В регионе «капиллярные волны,» больше среднего капель наблюдаются в нижней Re. Существует также увеличение общей высоты короны с Re, и, на более низких Re, капелька выброс является главным образом в streamwise направлении (с ОПРАВОЙ корону выше на фронте, чем на задней и также наклонена больше к streamwise направление). Высота становится более симметричным в выше Re, который считается результате балансирующий эффект выше неровностей, которые капиллярные волны обладают их сзади, тем самым балансировки офф высота ОПРАВЫ короны на спине. С падения Вебер эффект, можно наблюдать, что Корона диаметр увеличивается более быстрыми темпами, с увеличением мыd; крупнейший курс связан с областью «горб волна». Дополнительные различия наблюдаются в число и распределение по размерам выбрасывается вторичных капелька в этом брызг режима показаны в рисунке 8 и Рисунок 9, соответственно. Резюме этих результатов представлены в таблице 2. Рисунок 1: экспериментальная установка. (A) схематическое представление экспериментальной установки, , состоящий из падения блок фильмов для потока жидкой пленки на наклонной стеклянной подложке; блок управления фильм, который (состоящие из электромагнитный клапан, связанный поперек-защелкой реле через сбор данных карты и функции генератора, который посылает сигнал автоматизированного контроля открытия и закрытия клапана соленоида); шприцевой насос, используемый для генерации капельки контролируемых размеров от вычисляемых высот выше поверхности пленки и высокоскоростной камеры для цифровых изображений. Полученные результаты анализируются в компьютерной системе. Воспроизводится с Адебайо и Матар 2017-15 с разрешения Королевского общества химии. (B) наглядное представление буровой установки. (C) – (D) иллюстрированные описания механизма освещения. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры. Рисунок 2: эффект фильма управления на волновой динамики эволюции на фильм течет жидкость. (A) Shadowgraph изображение поверхности пленки до управления фильм. Фильм характеризуется наличием естественно развивающейся волны, которые являются Стохастический характер и нерегулярные пространственно-временных динамики. (B) Shadowgraph изображение поверхности пленки после заставляя. Волны являются spatiotemporally регулярное и предсказуемое, рендеринг взносы от пространственной структуры отказаться легко изучать воздействие. Формирование одиночной волны (C) на контролируемых течет жидкой пленки, подчеркнув различных регионов на фильм поверхности viz. капиллярные волны, плоская пленка и волны горб регионов. (D) Magnified взгляд особой волновой структуры показаны профиля потока в каждой зоне. Воспроизводится с Адебайо и Матар 2017-15 с разрешения Королевского общества химии. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры. Рисунок 3: пространственное разрешение в 5000 fps. С углом наклона подложки 15˚ пространственное разрешение рассчитывается как 67.5 мкм/pixel и 46,6 мкм/пиксель в направлениях streamwise и spanwise, соответственно. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры. Рисунок 4: эффект фильма управления на результат низкой инерции падает, влияющих различных регионов контролируемых течет фильма, контрастирует с неконтролируемым фильм. Высота падения капли 0,005 м, падение размер составляет 3,3 мм, фильм скорость составляет 5 x 10-3 m3/s, заставляя частотой 2 Гц, соответствует фильма Re 166,5, падение, мы 3.134 и Oh 0.0021. Падение приближается к поверхности пленки () и контактные (b), триггеры дренаж промежуточного слоя воздуха между ним и фильм. Эти результаты в деформации падение формы и радиальные распространение капиллярного ряби на поверхности пленки, инициировал удара в точке (c-d). После того, как разрыв слоя воздуха, слияние каплю жидкости с жидкой пленки является наблюдаемых (e) и вертикальный рост цилиндрических столба жидкости (в корпусе частичной/полной коалесценционные). Это сопровождается преддверии капиллярных волн на столбце сформировано, который удлиняет его. Наконец Пинч офф Спутниковое капли наблюдается (g-h), в случае Частичное сращивание, которая имеет меньший размер первоначального мать падение. Повторить процесс коалесценции рассматривается также (i-j). Качественные различия наблюдаются в итоги наблюдается (подпрыгивая или скольжения или Частичное сращивание) и наличие Каскад; Хотя количественные различия наблюдаются в крайнем случае офф время, размер (высота и ширина) столба жидкости сформирована, размер капли выбрасывается Спутниковое, и Каскад точек. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры. Рисунок 5: капелька скольжения на капиллярные волны региона контролируемых течет фильма. Диаметр капель составляет 2,3 мм, с высотой падения 0,008 м а фильм потока составляет 10 x 10-3 m3/s, соответствующий Oh = 0,0024, мыd = 5.014 и фильм Re = 333, соответственно. Заставляя была проведена в 2 Гц. подход. (b) контакт. (c-f) Прокатки падения. (g-h) Восхождение встречного одиночного горб. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры. Рисунок 6: эффект фильма управления на брызг явлений в различных регионах воздействия на контролируемой течет фильм, контрастирует с неконтролируемым фильм. Диаметр капель составляет 3,3 мм, с высотой падения 0,25 м, а фильм потока составляет 5 x 10-3 m3/s, соответствующий Oh = 0.0021, мыd = 224,8 и фильм Re = 166,5, соответственно. Заставляя была проведена в 2 Гц. Жидкие капли приближается к поверхности пленки (а) и сразу же после контакта (b), развивается отстреливаемых листа, которая перерастает в короне (c). Растущей короны (d-e) позже дает Рэлея-плато нестабильности, которая приводит к выброс мелких капель от ОПРАВЫ (f-j). Корона рушится потом и объединяет пленкой (k), перевозимых от встречного потока. Уникальные различия в результатах воздействия на отдельных регионах воздействия видны в размер (высота и диаметр) короны сформированных, номер и выбрасывается среднего капель, распределения размеров степень короны наклона, толщина стенок, Корона, перед направлении и время окончательный коалесценции. Воспроизводится с Адебайо и Матар 2017-15 с разрешения Королевского общества химии. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры. Рисунок 7: эффект фильма Рейнольдс и падение Вебер на корону распространения в регионе «горб волна». Размер капли составляет 3,3 мм, соответствующий Oh = 0.0021 и падение высоты падения варьировала от 0,20 до 0,35 м (соответствует мыd = 179.8 314,7) в то время как Re находится в диапазоне 55,5 до 333. Красные алмазы изображают результаты с короной, лицом вниз по течению направлении пока Голубые бриллианты Показать результаты вверх по течению облицовки коронки. Корона наклона зависит от конкуренции между инерции падения, удара и что течет фильма. Конкретно в низкой Re, Корона склоняется в сторону streamwise но как инерции течет фильма приобретает значение, направление изменения и сталкивается вверх по течению. Это направление Корона-вверх по течению облицовки сохраняется за пределами Re значение приблизительно 250 независимо от величины мыd. Воспроизводится с Адебайо и Матар 2017-15 с разрешения Королевского общества химии. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры. Рисунок 8: вариации числа вторичных капельки выбрасывается из короны ОПРАВЫ в регионах разные воздействия контролируемой фильма (viz «капиллярные волны», «плоский фильм» и «волны горб» регионов, показан слева направо, соответственно) противопоставляется против неконтролируемая фильм. Размер капельки-3,3 мм, соответствующий Oh = 0.0021 и снижение высоты варьировались от 0,20 до 0,35, в результате соударений в диапазоне 1.981-2,621 m/s (соответствует мыd = 179.8 314,7). Красные прямоугольники показывают падение падения высота 0,35 м, зеленый бриллианты 0,3 м, синий круги 0,25 м и оранжевый квадраты 0,2 м, соответственно. Количество выбрасывается среднего капель увеличения с падения, мы во всех регионах при неровных тенденция наблюдается с пленкой Re роста: на волны горб, есть снижение количество выбрасывается среднего капель на капиллярные волны и плоский фильм регионов, есть небольшой рост. Искупаться заметил вокруг фильма Re 166,5 для капиллярные волны, которая возникает в результате конкуренции между касательной скорости падения и что из фильма. Несоразмерное тенденция наблюдается на неконтролируемые фильмов считается, происходят в результате стохастический характер волн на поверхности пленки. Воспроизводится с Адебайо и Матар 2017-15 с разрешения Королевского общества химии. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры. Рисунок 9: эффект воздействия региона на распределение по размерам выбрасывается вторичных капелька на контролируемых фильм контрастирует с неконтролируемым фильм. Размер капли — 3,3 мм при скорости потока фильм 5 x 10-3 m3/s соответствует фильма Re 166,5 и падение Oh 0.0021. Сбрасывания падения являются 0,2 и 0,25, 0,3 0,35 м, соответствующий мыd 179.8, 224,8, 269.8 и 314,7 соответственно. На капиллярные волны, форма распределения в значительной степени неизменным с увеличение Вебер, но заметное увеличение количество капель диапазона 0,5-1,0 мм. На плоской фильмы однако, распределение по размерам наблюдается варьируются от 0 до 2,0 мм, и сдвиг наблюдается к 0 – 0,5 мм размера капель, как увеличивается число Вебера. Это увеличение числа мелких капель выбрасывается ясно дифференцирует регионе Плоская пленка из других регионов. На волне горб размер распределение показывает, что даже за наименьшее число Вебера изучены выбрасываются большие капли в диапазоне (1.0 до 2.0 мм). В отличие от вышесказанного распределением размера капли, связанные с неконтролируемым фильм не проявляют заметному различные формы благодаря стохастический характер волн на таких фильмах. Воспроизводится с Адебайо и Матар 2017-15 с разрешения Королевского общества химии. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры. Параметры Капиллярные волны региона Плоская пленка региона Волна горб региона Апекс высота столба жидкости Короткие Средний Высокая Размер капли Спутниковое Маленький Среднее Большие Существование Каскад Редкие Да Нет Увеличение эффекта ре Раздвижные явления Подпрыгивая явления Переход к полной коалесценции Эффект мы увеличения Уменьшение высоты столбца Увеличение высоты столбца Увеличение высоты столбца Уменьшить эффект Oh Снижение падение скольжения Длиннее и шире столбцы, Спутниковое больше капель Переход к полной коалесценции Таблица 1. Параметрические различия низкая инерция капелька динамики воздействия в различных регионах, контролируемых течет фильма. Параметры Капиллярные волны региона Плоская пленка региона Волна горб региона Форма кроны Нерегулярные Нерегулярные Регулярные Высота коронки Высокая Выше Высокий Толщина стенки коронки Тонкий Тоньше Толстые Количество среднего капель Более Большинство Маленький/нет Угол наклона Корона Уменьшает пленкой Re Увеличение с пленкой Re Отмена за ре 250 Поглощающий время Быстрый Медленно Больше задержки Эффект фильма Re увеличить Корона становится более «вертикально» Увеличение высоты короны, круче Корона наклон в направлении потока фильм, Уменьшить количество вторичных капель, изменения в направлении Корона-с выходом за рамки ре 250 Эффект падения увеличение Вебер Ранее начала и увеличение числа вторичных капель и увеличение диаметра кроны. Увеличение числа вторичных капли, Корона высота и диаметр кроны; уменьшение размера среднего капель Увеличение числа вторичных капли, Высота коронки, коронки диаметром, время коалесценции и изменения в направлении Корона облицовки. Эффект падения Oh снижение Увеличение Корона диаметр и высота Увеличение Корона диаметр и высота Увеличение Корона диаметр и высота Таблица 2. Параметрические различия на высокой инерции капелька динамики воздействия в различных регионах, контролируемых течет фильма (режима разбрызгивание).