Осредненные течения в эластичной полости, зажатой между поверхностями, совершающими тангенциальные колебания

Автор: Станислав Валерьевич Субботин

Соавторы: Козлов В.Г., Сабиров Р.Р.

Организация: Пермский государственный гуманитарно-педагогический университет

Двухжидкостные системы в виде эмульсий применяются во многих химических отраслях. В технологических процессах взвешенные капли жидкости подвергаются непрерывному изменению формы. Примером является ситуация, когда капля находится в осциллирующем сдвиговом потоке, что приводит к её периодическому сжатию и вытягиванию [1]. Если поверхность капли покрыта адсорбционной пленкой, межфазная граница оказывается тангенциально несжимаемой. Это означает, что в осциллирующем сдвиговом потоке такая капля одновременно с периодической деформацией будет совершать вращательные колебания. Исследованию структуры течения в модели такой капли посвящена настоящая работа.

Модель представляет собой кювету с эластичной упругой стенкой, совершающей вращательные колебания между двумя активаторами. В процессе колебаний в лабораторной системе отсчета форма полости остается неизменной. Обнаружено, что в области высоких безразмерных частот (толщина пограничных слоев мала по сравнению с размерами полости) и относительно малых амплитуд вибраций осциллирующее движение возбуждает осредненные крупномасштабные вторичные течения в виде двух пар согласованно вращающихся продольных вихрей. С увеличением амплитуды азимутальное течение, возникающее на долю полупериода колебаний полости, изменяет структуру среднего течения. Последнее принимает форму двух тороидальных вихрей, ориентированных вдоль оси вибраций. Изменение структуры течения сопровождается изменением зависимости осредненной скорости жидкости в вихрях от относительной амплитуды вибрационного воздействия. В области низких безразмерных частот осредненное течение состоит из двух пар продольных вихрей, совершающих вращательные колебания вместе с полостью. При этом направление движения противоположно тому, что наблюдается в высокочастотном пределе.

Работа выполнена при поддержке Российского Фонда Фундаментальных Исследований (проект 16-31-60099 мол_а_дк).

1. Cavallo R., Guido S., Simeone M. Drop deformation under small-amplitude oscillatory shear flow // Rheol. Acta 2003. Vol. 42. P. 1–9.