Известия высших учебных заведений

Прикладная нелинейная динамика

ISSN 0869-6632 (Print)
ISSN 2542-1905 (Online)

Для цитирования:

Сафронов А. А., Коротеев А. А., Григорьев А. Л., Филатов Н. И. Моделирование самоиндуцированного капиллярного распада струи вязкой жидкости // Известия вузов. ПНД. 2023. Т. 31, вып. 6. С. 680-692. DOI: 10.18500/0869-6632-003070, EDN: FLSBSF

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
Полный текст в формате PDF(Ru):
Иконка PDF and_2023-6_safronov_et-al_680-692.pdf
(загрузок: 0)
Полный текст в формате PDF(En):
Иконка PDF and_2023_6_safronov_et_al_eng.pdf
(загрузок: 7)
Язык публикации: 
русский
Рубрика: 
Прикладные задачи нелинейной теории колебаний и волн
Тип статьи: 
Научная статья
УДК: 
532.68, 534.182
DOI: 
10.18500/0869-6632-003070
EDN: 
FLSBSF

Моделирование самоиндуцированного капиллярного распада струи вязкой жидкости

Авторы: 
Сафронов Андрей Александрович, Государственный научный центр Российской Федерации “Исследовательский центр имени М.В. Келдыша”
Коротеев Анатолий Анатольевич, Государственный научный центр Российской Федерации “Исследовательский центр имени М.В. Келдыша”
Григорьев Алексей Львович, Государственный научный центр Российской Федерации “Исследовательский центр имени М.В. Келдыша”
Филатов Николай Иванович, Государственный научный центр Российской Федерации “Исследовательский центр имени М.В. Келдыша”
Аннотация: 

Цель исследования — выявление закономерностей самоиндуцированного распада струи вязкой жидкости, истекающей с малой скоростью из капиллярного отверстия в условиях микрогравитации.

Метод исследования — численное моделирование закономерностей самоиндуцированного капиллярного распада с помощью методов механики Лагранжа.

Результаты. Верифицированная методика численного моделирования капиллярной струи вязкой жидкости, основанная на методах механики Лагранжа. Выявленные закономерности самоиндуцированного распада вязкой струи в условиях микрогравитации. Зависимость длины нераспавшейся части струи от вязкости жидкости и скорости ее истечения из капиллярной форсунки.

Заключение. Разработанная методика численного моделирования позволяет корректно и эффективно (с точки зрения используемого вычислительного ресурса) моделировать динамику капиллярной струи с учетом сложных нелинейных и граничных эффектов. Установлено выраженное влияние вязкости на закономерности распада струи, движущейся с малой скоростью. Полученные спектральные характеристики возмущений в струе позволяют поставить вопрос о возможности разработки асимптотической теории самоиндуцированного распада вязкой струи.

Ключевые слова: 
капиллярный распад струи
капиллярные волны
глобальная неустойчивость
капельный холодильник-излучатель
Список источников: 
  1. Демянко Ю. Г., Конюхов Г. В., Коротеев А. С., Кузьмин Е. П., Павельев А. А. Ядерные ракетные двигатели. М.: Норма-Информ, 2001. 414 с.
  2. Коротеев А. А. Капельные холодильники - излучатели космических энергетических установок нового поколения. М.: Издательство «Машиностроение», 2008. 184 с.
  3. Бондарева Н. В., Глухов Л. М., Коротеев А. А., Красовский В. Г., Кустов Л. М., Нагель Ю. А., Сафронов А. А., Филатов Н. И., Черникова Е. А. Бескаркасные системы отвода низкопотенциального тепла в космосе: успехи отработок и нерешенные задачи // Известия Российской академии наук. Энергетика. 2015. № 4. С. 130–142.
  4. Коротеев А. А., Сафронов А. А., Филатов Н. И., Григорьев А. Л., Хлынов А. В. Исследование генераторов капель бескаркасных систем теплоотвода в космосе // Космическая техника и технологии. 2023. № 1 (40). С. 40–51.
  5. Fuchikami N., Ishioka S., Kiyono K. Simulation of a dripping faucet // Journal of the Physical Society of Japan. 1999. Vol. 68, no. 4. P. 1185–1196. DOI: 10.1143/JPSJ.68.1185.
  6. Kiyono K., Fuchikami N. Bifurcations induced by periodic forcing and taming chaos in dripping faucets // Journal of the Physical Society of Japan. 2002. Vol. 71, no. 1. P. 49–55. DOI: 10.1143/ JPSJ.71.49.
  7. Umemura A., Osaka J., Shinjo J., Nakamura Y., Matsumoto S., Kikuchi M., Taguchi T., Ohkuma H., Dohkojima T., Shimaoka T., Sone T., Nakagami H., Ono W. Coherent capillary wave structure revealed by ISS experiments for spontaneous nozzle jet disintegration // Microgravity Sci. Technol. 2020. Vol. 32, no. 3. P. 369–397. DOI: 10.1007/s12217-019-09756-0.
  8. Umemura A. Self-destabilising loop of a low-speed water jet emanating from an orifice in microgravity // Journal of Fluid Mechanics. 2016. Vol. 797. P. 146–180. DOI: 10.1017/jfm.2016.271.
  9. Umemura A., Osaka J. Self-destabilizing loop observed in a jetting-to-dripping transition // Journal of Fluid Mechanics. 2014. Vol. 752. P. 184–218. DOI: 10.1017/jfm.2014.329.
  10. Umemura A. Model for the initiation of atomization in a high-speed laminar liquid jet // Journal of Fluid Mechanics. 2014. Vol. 757. P. 665–700. DOI: 10.1017/jfm.2014.511.
  11. Yakubenko P. A. Capillary instability of an ideal jet of large but finite length // European Journal of Mechanics - B/Fluids. 1997. Vol. 16, no. 1. P. 39–47.
  12. Куликовский А. Г. Об устойчивости однородных состояний // Прикладная математика и механика. 1966. Т. 30, № 1. С. 148–153.
  13. Safronov A. A. Investigation of the structure of waves generated by a δ-perturbation of the surface of a capillary jet // Russian Journal of Nonlinear Dynamics. 2022. Vol. 18, no. 3. P. 367–378. DOI: 10.20537/nd220303.
  14. Аметистов Е. В., Дмитриев А. С. Монодисперсные системы и технологии. М.: Издательство МЭИ, 2002. 392 с.
  15. Eggers J., Dupont T. F. Drop formation in a one-dimensional approximation of the Navier–Stokes equation // Journal of Fluid Mechanics. 1994. Vol. 262. Р. 205–221. DOI: 10.1017/S0022 112094000480.
  16. Сафронов А. А. Особенности капиллярного распада струй жидкости при числах Онезорга больше единицы // Инженерно-физический журнал. 2017. Т. 90, № 1. С. 176–185.
  17. Бондарева Н. В., Григорьев А. Л., Коровин Т. Г., Коротеев А. А., Сафронов А. А., Скоробогатько Т. Д., Филатов Н. И., Хлынов А. В. Экспериментальное исследование влияния числа Онезорге на размеры капель, образовавшихся в результате капиллярного распада струи // Теплофизика и аэромеханика. 2019. Т. 26, № 5. С. 773–777.
  18. Eggers J. Drop formation – an overview // ZAMM. Z. Angew. Math. Mech. 2005. Vol. 85, no. 6. Р. 400–410. DOI: 10.1002/zamm.200410193.
  19. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Гидродинамика. М.: Наука, 1986. 736 с.
  20. Clavet S., Beaudoin P., Poulin P. Particle-based viscoelastic fluid simulation // In: Proceedings of the 2005 ACM SIGGRAPH/Eurographics symposium on computer animation. 29-31 July 2005, Los Angeles, California. SCA, 2005. P. 219–228. DOI: 10.1145/1073368.1073400.
  21. Сафронов А. А., Коротеев А. А., Филатов Н. И., Бондарева Н. В. Быстрые растущие волны в струе вязкой жидкости, инициированные колебаниями концевой капли // Теплофизика и аэромеханика. 2021. Т. 28, № 2. С. 255–263.
Поступила в редакцию: 
06.06.2023
Принята к публикации: 
10.08.2023
Опубликована онлайн: 
13.11.2023
Опубликована: 
30.11.2023
  • 386 просмотров