Об аэродинамической модели капельного кластера

Abstract

The results of new theoretical and experimental investigations of the drop cluster are expounded. Due to these results we introduced important changes and specifications into the aerodynamic model of the drop cluster, which we had published earlier. It is experimentally determined, that the temperature difference between the bottom and the top of the droplet reached 4 K, and the Marangoni number is 360. It stands for the existence of intensive thermo capillary flow in the droplet. The approximated analytic solution for the vortex flow into the droplet, circular streamlines and velocity components were found. Typical velocity of flow into the droplet is approximately v ~ 0.1 m/sec. The estimation of rotational velocity of the droplet is approximately ω ~ 102 sec-1. The velocity of trace micro particles, moving on the liquid surface by nearly of droplet, confirmed this value. However, the rotation of the droplet does not explain the lifting force, because the rotational velocity is by two orders less, then it is necessary. It is shown that the cause of the lifting force is the steam-air flow. The performed theoretical estimations agree with the experimental data.

Изложены результаты новых экспериментальных и теоретических исследований капельного кластера, позволивших внести существенные изменения и уточнения в опубликованную нами ранее аэродинамическую модель капельного кластера. Экспериментально установлено, что перепад температур между крайними нижней и верхней точками на поверхности капли достигает 4 К, а число Марангони – значения 360, что означает существование интенсивных термокапиллярных течений в капле. Для вихревого течения внутри капли найдено приближенное аналитическое решение, линии тока и компоненты скорости. Характерная скорость течения жидкости внутри капли по порядку величины равна v ~0.1 м/с. Получена оценка угловой скорости вращения всей капли ω ~ 102 с-1. Скорость движения трассерных микрочастиц по поверхности жидкости вблизи капли подтверждает эту оценку. Однако вращение капель не объясняет подъемной силы, т. к. угловая скорость вращения на 2 порядка меньше необходимой величины. Показано, что причиной возникновения подъемной силы является действие паровоздушного потока. Теоретические оценки находятся в хорошем согласии с экспериментальными данными.