О влиянии внутреннего давления на колебания цилиндрического газового пузырька

Алексей Анатольевич Алабужев (Alexey A. Alabuzhev)

Аннотация


Изучаются собственные и вынужденные колебания газового пузырька. Пузырек в состоянии равновесия имеет форму круглого цилиндра. Он ограничен в осевом направлении двумя параллельными твердыми поверхностями и окружен несжимаемой жидкостью конечного объема со свободной внешней поверхностью. Вся система находится под действием переменного поля давления. Скорость движения линии контакта трех сред (газ-жидкость-твердая подложка) пропорциональна отклонению краевого угла от равновесного значения. Частота собственных колебаний газового пузырька может возрастать с увеличением параметра Хокинга в отличие от частот капли несжимаемой жидкости, которые только убывают. Показано, что радиальные колебания цилиндрического пузырька возможны только в ограниченном объеме жидкости. Рассмотрен эффект пересечения мод собственных колебаний в диссипативном случае. Построены амплитудно-частотные характеристики для разных значений давления газа в пузырьке. Обнаружены резонансные явления. Показано, что внешнее воздействие возбуждает, в первую очередь, объемные колебания. Колебания формы возникают вследствие движения линии контакта. Найдены выражения для амплитуды колебаний в случае закрепленной линии контакта и фиксированного краевого угла.


Ключевые слова


газовый пузырек; вынужденные колебания; динамика линии контакта

Полный текст:

PDF

Литература


Shklyaev S., Straube A. V. Linear oscillations of a hemispherical bubble on a solid substrate. Physics of Fluids, 2008, vol. 20, 052102. DOI: 10.1063/1.2918728

Alabuzhev A. A. Behavior of a cylindrical bubble under vibrations. Computational Mechanics of Continuous Media, 2014, vol.7, no. 2, pp. 151–161. (In Russian). DOI: 10.7242/1999-6691/2014.7.2.16

Hocking L. M. The damping of capillary-gravity waves at a rigid boundary. Journal of Fluid Mechanics, 1987, vol. 179, pp. 253–266. DOI: 10.1017/S0022112087001514

Fayzrakhmanova I. S., Straube A. V., Shklyaev S. Bubble dynamics atop an oscillating substrate: Interplay of compressibility and contact angle hysteresis. Physics of Fluids, 2011, vol. 23, 102105. DOI: 10.1063/1.3650280

Alabuzhev A. A., Kaysina M. I. Translational mode of eigen oscillations of a cylindrical bubble. Bulletin of Perm University. Series: Physics, 2015, no. 1(29), pp. 35–41. (In Russian).

Alabuzhev A. A., Kaysina M. I. Influence of contact line motion on axisymmetric vibrations of a cylindrical bubble. Bulletin of Perm University. Series: Physics, 2015, no. 2(30), pp. 56–68. (In Rus-sian).

Alabuzhev A. A., Kaysina M. I. Eigen azimuthal oscillations of a cylindrical bubble in final volume vessel. Bulletin of Perm University. Series: Physics, 2015, no. 3(31), pp. 38–47. (In Russian).

Kaysina M. I. Azimuthal modes of eigen oscillations of a cylindrical bubble. Bulletin of Perm University. Mathematics. Mechanics. Computer Science, 2015, no. 2(29), pp. 37–45. (In Russian).

Kaysina M. I. Kolebaniya cilindricheskogo puzyr’ka pod deistviem prodolnyh ili poperechnyh vibracii. Matematicheskoe modelirovanie v estestvennyh naukah, 2015, no. 1, pp. 189–194. (In Russian).

Alabuzhev A. A., Kaysina M. I. The translational oscillations of a cylindrical bubble in a bounded volume of a liquid with free deformable interface. Journal of Physics: Conference Series, 2016, vol. 681, 012043. DOI: 10.1088/1742-6596/681/1/012043

Lifshitz E. M., Pitaevskij L. P. Physical kinetics. Course of theoretical physics, vol. 10. Pergamon Press, 1981. 452 p.

Alabuzhev A.A. Axisymmetric oscillations of a cylindrical droplet with a moving contact line. Journal of Applied Mechanics and Technical Physics, 2016, vol. 57, no. 6, pp. 1006–1015. DOI: 10.1134/S0021894416060079

Alabuzhev A. A. Axisymmetric oscillations of a cylindrical drop in the final volume of fluid. Computational Mechanics of Continuous Media, 2016, vol.9, no. 3, pp. 316–330. (In Russian). DOI: 10.7242/1999-6691/2016.9.3.26

Alabuzhev A. A. Axisymmetric oscillations of a cylindrical drop in the final volume of fluid. Computational Mechanics of Continuous Media, 2016, vol.9, no. 4, pp. 453–465. (In Russian). DOI: 10.7242/1999-6691/2016.9.4.38

Alabuzhev A.A. Influence of a surface plates inhomogeneity on a translation oscillations of a drop. J. Phys.: Conf. Ser., 2017, vol. 894, 012002. DOI: 10.1088/1742-6596/894/1/012002

Borkar A., Tsamopoulus J. Boundary-layer analysis of dynamics of axisymmetric capillary bridges. Physics of Fluids A., 1991, vol. 3, no. 12, pp. 2866–2874.

Ting C.-L., Perlin M. Boundary conditions in the vicinity of the contact line at a vertically oscillating upright plate: an experimental investigation. J. Fluid Mech., 1995, vol. 295, pp. 263–300. DOI: 10.1017/S0022112095001960

Perlin M., Schultz W.W., Liu Z. High Reynolds number oscillating contact lines. Wave Motion, 2004, vol. 40, no. 1, pp. 41–56. DOI: 10.1016/j.wavemoti.2003.12.011

Hocking L. M. Waves produced by a vertically oscillating plate. Journal of Fluid Mechanics, 1987, vol. 179, pp. 267–281. DOI: 10.1017/S0022112087001526

Fayzrakhmanova I. S., Straube A. V. Stick-slip dynamics of an oscillated sessile drop. Physics of Fluids, 2009, vol. 21, 072104. DOI: 10.1063/1.3174446

Alabuzhev A. A., Kashina M. A. The oscillations of cylindrical drop under the influence of a nonuniform alternating electric field. J. Phys.: Conf. Ser., 2016, vol. 681, 012042. DOI: 10.1088/1742-6596/681/1/012042

Alabuzhev A. A., Kashina M. A. The dynamics of hemispherical drop under the influence of a alternating electric field. J. Phys.: Conf. Ser., 2017, vol. 894, 012003. DOI: 10.1088/1742-6596/894/1/012003

Voinov O. V. Hydrodynamics of wetting. Fluid Dynamics. 1976, vol. 11, no. 5, pp. 714–721. DOI: 10.1007/BF01012963

Cox R. G. The dynamics of the spreading of liquids on a solid surface. Part 1. Viscous flow. J. Flu-id Mech., 1986, vol. 168, pp. 169-194. DOI: 10.1017/S0022112086000332

De Genn P. G. Wetting: Statics and dynamics. Review of Modern Physics, 1985, vol. 57, pp. 827–863. DOI: 10.1103/RevModPhys.57.827

Voinov O. V. Dynamic edge angles of wetting upon spreading of a drop over a solid surface. J. Appl. Mech. Tech. Phys., 1999. vol. 40, no. 1, pp. 86–92. DOI: 10.1007/BF02467976

Pukhnachev V. V., Semenova I. B. Model problem of instantaneous motion of a three-phase contact line. J. Appl. Mech. Tech. Phys., 1999. vol. 40, no. 4, pp. 594-603. DOI: 10.1007/BF02468433

Blake T. D. The physics of moving wetting lines. J. Colloid Interface Sci., 2006, vol. 299, p. 1–13. DOI: 10.1016/j.jcis.2006.03.051

Shikhmurzaev Y. D. Singularities at the moving contact line. mathematical, physical and computational aspects. Physica D, 2006, vol. 217, no. 2, pp. 121–133. DOI: 10.1016/j.physd.2006.03.003

Kartavih N. N., Shklyaev S. V. O parametricheskom rezonanse polucilindricheskoi kapli na osciyliruyushei tverdoi podlozhke. Bulletin of Perm University. Series: Physics. 2007, no. 1(6), pp. 23–28. (In Russian).

Demin V. A. Problem of the free oscillations of a capillary bridge. Fluid Dynamics, 2008, vol. 43, no. 4, pp. 524–532. DOI: 10.1134/S0015462808040042

Bonn D., Eggers J., Indekeu J., et al. Wetting and spreading. Rev. Mod. Phys., 2009, vol. 81, pp. 739–805. DOI: 10.1103/RevModPhys.81.739

Ivantsov A. O. Akusticheskie kolebaniya polusfericheskoi kapli. Bulletin of Perm University. Series: Physics, 2012, no. 3(21), pp. 16–23. (In Russian).

Snoeijer J.H., Andreotti B. Moving contact lines: scales, regimes, and dynamical transitions. Annu. Rev. Fluid Mech., 2013, vol. 45, pp. 269–292. DOI: 10.1146/annurev-fluid-011212-140734

Andreotti B., Snoeijer J. Soft wetting and the Shut-tleworth effect, at the crossroads between thermo-dynamics and mechanics. Europhys. Lett., 2016, vol. 113, no. 6, 66001. DOI: 10.1209/0295-5075/113/66001

Zhang P., Mohseni K. Theoretical model of a finite force at the moving contact line. Int. J. Multiph. Flow, 2020, vol. 132, 103398. DOI: 10.1016/j.ijmultiphaseflow.2020.103398




DOI: http://dx.doi.org/10.17072/1994-3598-2020-4-51-62

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.


Лицензия Creative Commons
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.


ISSN: 1994-3598

Адрес издателя и учредителя: ПГНИУ, ул. Букирева, д. 15, г. Пермь, 614990

Журнал зарегистрирован Федеральной службой по надзору за соблюдением законодательства в сфере массовых коммуникаций и охраны культурного наследия. Свидетельство о регистрации средства массовой информации ПИ № ФС77-66788 от 08 августа 2016 г.

Журнал включен в Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук (специальности: 01.02.05 - Механика жидкости, газа и плазмы; 01.04.07 - Физика конденсированного состояния).

Научное издание

© ФГБОУ ВО «Пермский государственный национальный исследовательский университет», 2019

Лицензия Creative Commons Материалы журнала публикуются по лицензии Creative Commons - Attribution 4.0 International (CC BY 4.0).