Поведение цилиндрического пузырька под действием вибраций

Автор: Алабужев Алексей Анатольевич

Журнал: Вычислительная механика сплошных сред @journal-icmm

Статья в выпуске: 2 т.7, 2014 года.

Бесплатный доступ

В работе рассматриваются собственные и вынужденные колебания цилиндрического газового пузырька, окруженного несжимаемой жидкостью со свободной внешней недеформируемой поверхностью - поверхностью, на которой мало поверхностное натяжение и его можно не принимать во внимание. Пузырек ограничен в осевом направлении двумя параллельными твердыми плоскостями. На систему действует внешнее однородное пульсационное поле давления. Динамика контактной линии учитывается с помощью эффективного граничного условия: скорость движения контактной линии предполагается пропорциональной отклонению краевого угла от равновесного значения, равного 90º. Изучена осесимметричная мода собственных колебаний; исследована зависимость частот и декрементов затухания от параметров задачи. Показано существование «антирезонансных» частот, то есть таких значений внешних частот, при которых поверхность пузырька не отклоняется от равновесного состояния.

Еще

Цилиндрический газовый пузырек, динамика контактной линии, колебания

Короткий адрес: https://sciup.org/14320717

IDR: 14320717   |   УДК: 532.5.032   |   DOI: 10.7242/1999-6691/2014.7.2.16

Behavior of a cylindrical bubble under vibrations

Eigen and forced vibrations of a cylindrical gas bubble surrounded by an incompressible fluid with a free non-deformable external interface are investigated. The bubble is bounded by two parallel solid planes. The system is subjected to an external vibration field. The contact line dynamics is taken into account by an effective boundary condition, and the contact line velocity is assumed to be proportional to deviation of the contact angle from the equilibrium value. The coefficient of proportionality, so-called wetting parameter (Hocking’s constant), characterizes the properties of the fluid and the substrate material. The equilibrium contact angle is right. An axially symmetric mode of eigen oscillations is studied; the dependence of frequencies and decrements on problem parameters is investigated. It has been found that for the main even mode of eigen oscillations (which describes the radial compression of the bubble) the frequency of eigen oscillations can vanish in some wetting parameter interval. The length of this interval increases with increasing ratio of the equilibrium bubble radius to the height. The eigen frequencies of other modes decrease with increasing Hocking’s constant. The lowest natural frequency is observed for the freely sliding bubble. The existence of «anti-resonance» frequencies is demonstrated, i.e. the values of external frequencies when the bubble interface does not deviate from the equilibrium value.

Еще

Список литературы Поведение цилиндрического пузырька под действием вибраций

  • Де Жен П.Ж. Смачивание: статика и динамика//УФН. -1987. -Т. 151, № 4. -С. 619-681.
  • Daniel S., Chaudhury M.K., de Gennes P.-G. Vibration-actuated drop motion on surfaces for batch microfluidic processes//Langmuir. -2005. -V. 21, no. 9. -P. 4240-4248.
  • Mettu S, Chaudhury M.K. Vibration spectroscopy of a sessile drop and its contact line//Langmuir. -2012. -V. 28, no. 39. -P. 14100-14106.
  • Noblin X., Buguin A., Brochard-Wyart F. Vibrated sessile drops: Transition between pinned and mobile contact line oscillations//Eur. Phys. J. E. -2004. -V. 14, no. 4. -P. 395-404.
  • Любимов Д.В., Любимова Т.П., Шкляев С.В. Неосесимметричные колебания полусферической капли//МЖГ. -2004. -№ 6. -С. 8-20.
  • Mugele F., Baret J.-C. Electrowetting: from basics to applications//J. Phys.: Condens. Matter. -2005. -V. 17, no. 28, pp. 705-774.
  • Oh J.M., Ko S.H., Kang K.H. Shape oscillation of a drop in ac electrowetting//Langmuir. -2008. -V. 24, no. 15. -P. 8379-8386.
  • Chen J., Yu Y., Li J., Lai Y., Zhou J. Size-variable droplet actuation by interdigitated electrowetting electrode//Appl. Phys. Lett. -2012. -V. 101. -234102.
  • Goohpattader P.S., Mettu S., Chaudhury M.K. Stochastic rolling of a rigid sphere in weak adhesive contact with a soft substrate//Eur. Phys. J. E. -2011. -V. 34, no. 11. -P. 120.
  • Luo M., Gupta R., Frechette J. Modulating contact angle hysteresis to direct fluid droplets along a homogenous surface//ACS Appl. Mater. Interfaces. -2012. -V. 4, no. 2. -P. 890-896.
  • Bostwick J.B., Steen P.H. Coupled oscillations of deformable spherical-cap droplets. Part 1. Inviscid motions//J. Fluid Mech. -2013. -V. 714. -P. 312-335.
  • Bostwick J.B., Steen P.H. Coupled oscillations of deformable spherical-cap droplets. Part 2. Viscous motions//J. Fluid Mech. -2013. -V. 714. -P. 336-360.
  • Oron A., Davis S.H., Bankoff S.G. Long-scale evolution of thin liquid films//Rev. Mod. Phys. -1997. -V. 69. -P. 931-980.
  • Craster R.V., Matar O.K. Dynamics and stability of thin liquid films//Rev. Mod. Phys. -2009. -V. 81. -P. 1131-1198.
  • Shklyaev S., Khenner M., Alabuzhev A.A. Enhanced stability of a dewetting thin liquid film in a single-frequency vibration field//Phys. Rev. E. -2008. -V. 77. -036320.
  • Hocking L.M. The damping of capillary-gravity waves at a rigid boundary//J. Fluid Mech. -1987. -V. 179. -P. 253-266.
  • Shklyaev S., Straube A.V. Linear oscillations of a compressible hemispherical bubble on a solid substrate//Phys. Fluids. -2008. -V. 20. -052102.
  • Fayzrakhmanova I.S., Straube A.V., Shklyaev S. Bubble dynamics atop an oscillating substrate: Interplay of compressibility and contact angle hysteresis//Phys. Fluids. -2011. -V. 23. -102105.
  • Hocking L.M. Waves produced by a vertically oscillating plate//J. Fluid Mech. -1987. -V. 179. -P. 267-281.
  • Lyubimov D.V., Lyubimova T P., Shklyaev S.V. Behavior of a drop on an oscillating solid plate//Phys. Fluids. -2006. -V. 18. -012101.
  • Fayzrakhmanova I.S., Straube A.V. Stick-slip dynamics of an oscillated sessile drop//Phys. Fluids. -2009. -V. 21. -072104.
  • Иванцов А.О. Акустические колебания полусферической капли//Вестник ПГУ. Серия: Физика. -2012. -№ 3. -С. 16-23.
  • Алабужев А.А., Любимов Д.В. Влияние динамики контактной линии на собственные колебания цилиндрической капли//ПМТФ. -2007. -Т. 48, № 5. -С. 78-86.
  • Алабужев А.А., Любимов Д.В. Влияние динамики контактной линии на колебания сжатой капли//ПМТФ. -2012. -Т. 53, № 1. -С. 12-23.
  • Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика: Гидродинамика. -М.: Физматлит, 2001. -T. 6. -736 с.
  • Лифшиц Е.М., Питаевский Л.П. Теоретическая физика: Физическая кинетика. -М.: Физматлит, 2007. -Т. 10. -536 с.
Еще