Капельный кластер — гексагональная структура из микрокапель конденсата (характерный диаметр 20…200 мкм), левитирующих на расстоянии, сопоставимом с диаметром капель, над свободной поверхностью горизонтального слоя активно испаряющейся жидкости. Первое описание явления и комплекса условий, необходимых для его воспроизведения встречается в работе.
Краткое описание явления Принципиально важным для формирования и устойчивого существования капельного кластера является локальный характер нагрева межфазной поверхности (МФП) жидкость-газ, при этом, в слое не должны возникать термокапиллярные течения. Такие условия реализуются в жидкостях с высоким поверхностным натяжением, при наличии в них примесей поверхностно-активных веществ (ПАВ). В частности, явление воспроизводится в экспериментах с глицерином, бензиловым спиртом, этиленгликолем, но исторически основная часть исследований проводилась с водой. Над локально нагретым участком МФП пар резко охлаждается по мере удаления от жидкой поверхности. Как следствие, в газовой среде образуются микрокапли часть из которых выпадает на МФП, формируя кластер. Капельный кластер обеспечивает дополнительный механизм рассеяния энергии и является диссипативной структуройАринштейн Э. А., Федорец А. А. Механизм рассеяния энергии капельным кластером. Письма в ЖЭТФ. — 2010. — № 10. — С .726-729.. Левитация капельного кластера обусловлена аэродинамической силой сопротивления сферических капель паровоздушной струе, которая формируется над нагретым участком МФПФедорец А. А., Марчук И. В., Кабов О. А. О роли потока пара в механизме левитации диссипативной структуры капельный кластер. Письма в ЖТФ. — 2011. — № 3. — С. 45-50. Существует две основные концепции, объясняющие механизм формирования гексагональной структуры капельного кластера: близкодействующие силы отталкивания капель с точки зрения одной из этих концепций имеют аэродинамическую природуФедорец А. А. Эффекты тепломассопереноса при локальном нагреве межфазной поверхности жидкость-газ. Автореферат докторской диссертации. Тюмень. 2011., с точки зрения другой — порождаются электрическим зарядом, накапливаемым каплямиA.V. Shavlov, Dzhumandzhi V.A., Romanyuk S.N. Electrical properties of water drops inside the dropwise cluster. Physics Letters A. — 2011. — V. 376. — p. 39-45.. Перепад температуры между нижним и верхним участками поверхности капли достигает нескольких градусов, в то же время, конденсационный механизм образования капли препятствует накоплению в ней ПАВ. В таких условиях в каплях развиваются термокапиллярные течения, скорость которых может быть сопоставимой со скоростью обтекающей кластер паровоздушной струи. Как следствие — для кластера характерны весьма сложные и разнообразные аэродинамические эффекты: объединение капель в тандемФедорец А. А. О механизме некоалесценции в капельном кластере. Письма в ЖЭТФ. — 2005. — № 9. — С .551-555., быстрое вращение нескольких капель вокруг общего центра (см. видео) и др.
Ссылки
Литература Джуманджи В. А. Физические свойства упорядоченного водного аэрозоля — капельного кластера. Автореферат. 2013 г. Федорец А. А. Капельный кластер. Письма в ЖЭТФ. — 2004. — № 8. — С .457-459.
A.V. Shavlov, V.A. Dzhumandzhi, S.N.Romanyuk — Sound oscillation of dropwise cluster — Physics Letters A 06/2012; 376(s 28-29):2049-2052.
A.V. Shavlov, V.A. Dzhumandzhi, S.N. Romanyuk — Frictional flow of a dropwise cluster — Physica Scripta 10/2012; 86(5):055501.
A.V. Shavlov, S.N. Romanyuk, V.A. Dzhumandzhi — Effective charge and effective radius of water droplet in dropwise cluster — Physics of Plasmas 02/2013; 20(2).
A.V. Shavlov, I.V. Sokolov, S.N. Romanyuk, V.A. Dzhumandzhi — Dropwise chains as the elements of water fog spatial structure — Physics Letters A 10/2013; 377(s 28-30):1740-1744.
A.V. Shavlov, I.V. Sokolov, V.L. Khazan, S. N. Romanyuk — Viscosity of water fog — Physica Scripta 12/2014; 89(12).
Категория:Физические эффекты и явления Категория:Открытые системы Категория:Гидроаэромеханика Категория:Тюменский университет