Kapací klastr

Shluk kapek  je hexagonální struktura mikrokapek kondenzátu (charakteristický průměr 20–200 µm), které levitují ve vzdálenosti srovnatelné s průměrem kapky nad volným povrchem vodorovné vrstvy aktivně se odpařující kapaliny. První popis jevu a soubor podmínek nutných pro jeho reprodukci se nachází v [1] .

Stručný popis jevu

Zásadně důležitý pro vznik a stabilní existenci kapkového shluku je lokální charakter ohřevu mezifázového povrchu kapalina-plyn (IFP), přičemž by ve vrstvě nemělo docházet k termokapilárním tokům. Tyto podmínky jsou realizovány v kapalinách s vysokým povrchovým napětím, za přítomnosti nečistot povrchově aktivních látek (tenzidů). Zejména je tento jev reprodukován v experimentech s glycerolem, benzylalkoholem, ethylenglykolem, ale historicky byla hlavní část výzkumu prováděna s vodou. Nad lokálně vyhřívanou částí MFP se pára rychle ochlazuje, jak se vzdaluje od povrchu kapaliny. V důsledku toho se v plynném médiu tvoří mikrokapky, z nichž některé padají na MFP a vytvářejí shluk. Shluk kapek poskytuje další mechanismus rozptylu energie a je disipativní strukturou [2] . Levitace shluku kapek je způsobena aerodynamickou silou odporu kulových kapek vůči proudu páry a vzduchu, který se vytváří nad vyhřívanou plochou MFP [3] . Existují dva hlavní koncepty, které vysvětlují mechanismus vzniku hexagonální struktury shluku kapek: odpudivé síly kapek krátkého dosahu jsou z pohledu jednoho z těchto konceptů aerodynamického charakteru [4] , z pohledu druhého jsou generovány elektrickým nábojem akumulovaným kapkami [5] . Teplotní rozdíl mezi spodní a horní částí povrchu kapky dosahuje několika stupňů, zároveň kondenzační mechanismus tvorby kapek zabraňuje hromadění povrchově aktivních látek v něm. Za takových podmínek se v kapkách vyvíjejí termokapilární proudění, jejichž rychlost může být srovnatelná s rychlostí parovzdušného paprsku obtékajícího kupu. V důsledku toho se kupa vyznačuje velmi složitými a různorodými aerodynamickými efekty: kombinace kapek v tandemu [6] , rychlá rotace několika kapek kolem společného středu (viz video) atd.

Odkazy

  1. 1 2 Fedorets A. A. Drop cluster. Dopisy JETF. - 2004. - č. 8. - S. 457-459.
  2. Arinshtein E. A., Fedorets A. A. Mechanism of energy disipation by the drop cluster. Dopisy JETF. - 2010. - č. 10. - S. 726-729.
  3. Fedorets A. A., Marchuk I. V., Kabov O. A. O roli proudění páry v mechanismu levitace disipativní struktury kapkového shluku. Dopisy ZhTF. - 2011. - č. 3. - S. 45-50
  4. Fedorets A. A. Účinky přenosu tepla a hmoty během lokálního ohřevu rozhraní kapalina-plyn. Abstrakt doktorské disertační práce. Ťumeň. 2011.
  5. AV Shavlov, Dzhumandzhi VA, Romanyuk SN Elektrické vlastnosti vodních kapek uvnitř kapkového shluku. Physics Letters A. - 2011. - V. 376. - s. 39-45.
  6. Fedorets A. A. O mechanismu neslučování v kapkovém shluku. Dopisy JETF. - 2005. - č. 9. - S. 551-555.

Literatura