Эволюция одиночных одногорбых трёхмерных волн на вертикально стекающих жидких плёнках Алексеенко С.В., Антипин В. А., Гузанов В. В., Маркович Д. М., Харламов. - презентация

1 Эволюция одиночных одногорбых трёхмерных волн на вертикально стекающих жидких плёнках Алексеенко С.В., Антипин В. А., Гузанов В. В., Маркович Д. М., Харламов С. М. Институт Теплофизики им. С. С. Кутателадзе СО РАН, Новосибирск

2 Введение Первое теоретическое решение : В.И. Петвиашвили, О. Ю. Цвелодуб, Подковообразные солитоны на стекающей вязкой пленке жидкости. ДАН, т. 238, 6, стр (1978) Современное состояние теории: E.A. Demekhin, E. N. Kalaidin, S. Kalliadasis, S. Yu. Vlaskin. Three-dimensional localized coherent structures of surface turbulence. II. Λ solitons. PHYSICS OF FLUIDS 19, (2007). Сложности экспериментального изучения: медленная естественная эволюция, случайное взаимодействие волн; способ решения: точечное возмущение поверхности плёнки жидкости на безволновом участке

3 Схема экспериментальной установки Двойной Nd:YaG лазер (3–10 мс, 7,5 Гц) 532 нм Родамин 6Ж (~0.01%) Фильтр нижних частот (>550 нм) Широкий диапазон энергий возбуждения

4 δ=0,03 – 0,14 (модифицированное число Рейнольдса, где – число Капицы) Режимные параметры и свойства жидкостей Водно-спиртовой раствор: ρ=0,93 г/см 3, ν =2,72·10 -2 см 2 /с, σ=30 дин/см Водоглицериновые растворы (ВГР): 1.ρ=1,07 г/см 3, ν =2,1·10 -2 см 2 /с, σ=72 дин/см 2.ρ=1,11 г/см 3, ν =3,7·10 -2 см 2 /с, σ=71 дин/см 3.ρ=1,14 г/см 3, ν =7,1·10 -2 см 2 /с, σ=70 дин/см Re=1 – 25 (Re=q/ ν, где q – объёмный расход на единицу длины, ν – кинематическая вязкость)

5 Погрешности Основные источники погрешности: пространственное перераспределение интенсивности и шумы матрицы (2-3% в условиях эксперимента) Дополнительные: перераспределение интенсивности под криволинейной границей (для всех представленных ниже случаев существенно <1%)

6 Предварительные результаты Быстрое формирование волнового пакета при малой энергии возбуждения Эволюция в виде уединённой волны при большей энергии

7 мм Эволюция. Волновой пакет ВГР ( ν =2,1·10 -2 см 2 /с) Re=12

8 мм Эволюция. Волновой пакет ВГР ( ν =2,1·10 -2 см 2 /с) Re=12

9 мм Эволюция. Волновой пакет ВГР ( ν =2,1·10 -2 см 2 /с) Re=12

10 мм Эволюция. Уединённая волна ВГР ( ν =2,1·10 -2 см 2 /с) Re=25

11 мм Эволюция. Уединённая волна ВГР ( ν =2,1·10 -2 см 2 /с) Re=25

12 мм Эволюция. Уединённая волна ВГР ( ν =2,1·10 -2 см 2 /с) Re=25

13 Параметры волн Сечение проведено через максимум волны в продольном направлении мм Dy Скорость C определяется по кросс- корреляционной функции x, мм

14 Параметры стационарных волн Водно-спиртовой раствор, Re=2,5 C, см/с X, мм A, мм X, мм Dy, мм X, мм Dx, мм X, мм

15 С Е> Е >EЕ> Е >E Приближение к стационару ВГР ( ν =2,1·10 -2 см 2 /с) Re=8

16 Форма стационарных волн Водно-спиртовой раствор. Re=2,5 мм Re ~ 1 KS Петвиашвили, Цвелодуб, 1978

17 Теория мм Сравнение с теорией Водно- спиртовой раствор Re=3,9 мм Демёхмн Е. А., Калядин Е. Н., Шапарь С. М., Шелистов В. С. Устойчивость трёхмерных солитонов на вертикально стекающих плёнках жидкости, Докл. Акад. Наук, 2007, том. 413, 2, с. 193 – 197. Эксперимент

18 Сравнение с теорией Теория Водно- спиртовой раствор Re=3,9 мм

19 Форма стационарных волн ВГР ( ν =2,1·10 -2 см 2 /с), Re=8 (δ~0,1)

20 Форма стационарных волн ВГР ( ν =3,7·10 -2 см 2 /с), Re=8 (δ~0,1)

21 Форма стационарных волн ВГР ( ν =7,1·10 -2 см 2 /с), Re=4,6 (δ~0,1)

22 Сравнение с теорией - невозмущённая толщина плёнки - средне расходная скорость E.A. Demekhin, E. N. Kalaidin, S. Kalliadasis, S. Yu. Vlaskin. Three- dimensional localized coherent structures of surface turbulence. II. Λ solitons. PHYSICS OF FLUIDS 19, (2007).

23 Сравнение с теорией E.A. Demekhin, E. N. Kalaidin, S. Kalliadasis, S. Yu. Vlaskin. Three- dimensional localized coherent structures of surface turbulence. II. Λ solitons. PHYSICS OF FLUIDS 19, (2007). - невозмущённая толщина плёнки - средне расходная скорость ν =7,1 ν =3,7 ν =2,1 КС ИТ

24 Заключение Представлены результаты экспериментального исследования эволюции 3-D уединённых волн на поверхности вертикально стекающих плёнок жидкости в диапазоне 1

25 Заключение Для малых δ<0,06 амплитуды и скорости зарегистрированных волн хорошо согласуются с теоретически предсказанными значениями. С ростом числа Рейнольдса, несмотря на качественное соответствие между теорией и экспериментом, наблюдается ряд количественных расхождений. Основное отличие – отсутствие обобщающей зависимости экспериментальных значений скорости и амплитуды стационарных волн от δ.