Simulation of self-induced capillary break up of a viscous liquid jet

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The aim of the study is to reveal the patterns of self-induced disintegration of a viscous liquid jet flowing out at low speed from a capillary hole under microgravity conditions. The research method is numerical modeling of the regularities of self-induced capillary decay using the methods of Lagrange mechanics. Results. A verified technique for numerical simulation of a capillary jet of a viscous liquid based on the methods of Lagrange mechanics. Identified patterns of self-induced decay of a viscous jet under microgravity conditions. Dependence of the length of the undisintegrated part of the jet on the viscosity of the liquid and the velocity of its outflow from the capillary nozzle. Conclusion. The developed numerical simulation technique allows one to correctly and efficiently (from the point of view of the computing resource used) simulate the dynamics of a capillary jet, taking into account complex nonlinear and boundary effects. A pronounced effect of viscosity on the regularities of the disintegration of a jet moving at low speed has been established. The obtained spectral characteristics of perturbations in the jet make it possible to raise the question of the possibility of developing an asymptotic theory of the self-induced decay of a viscous jet.

About the authors

Andrey Aleksandrovich Safronov

Keldysh Research Centre

Onezhskaya St., D. 8, Moscow, Russia, 125438

Anatoliy Anatolevich Koroteev

Keldysh Research Centre

Onezhskaya St., D. 8, Moscow, Russia, 125438

Alexei Lvovich Grigoriev

Keldysh Research Centre

Onezhskaya St., D. 8, Moscow, Russia, 125438

Nikolai Ivanovich Filatov

Keldysh Research Centre

Onezhskaya St., D. 8, Moscow, Russia, 125438

References

  1. Демянко Ю. Г., Конюхов Г. В., Коротеев А. С., Кузьмин Е. П., Павельев А. А. Ядерные ракетные двигатели. М.: Норма-Информ, 2001. 414 с.
  2. Коротеев А. А. Капельные холодильники - излучатели космических энергетических установок нового поколения. М.: Издательство «Машиностроение», 2008. 184 с.
  3. Бондарева Н. В., Глухов Л. М., Коротеев А. А., Красовский В. Г., Кустов Л. М., Нагель Ю. А., Сафронов А. А., Филатов Н. И., Черникова Е. А. Бескаркасные системы отвода низкопотенциального тепла в космосе: успехи отработок и нерешенные задачи // Известия Российской академии наук. Энергетика. 2015. № 4. С. 130–142.
  4. Коротеев А. А., Сафронов А. А., Филатов Н. И., Григорьев А. Л., Хлынов А. В. Исследование генераторов капель бескаркасных систем теплоотвода в космосе // Космическая техника и технологии. 2023. № 1 (40). С. 40–51.
  5. Fuchikami N., Ishioka S., Kiyono K. Simulation of a dripping faucet // Journal of the Physical Society of Japan. 1999. Vol. 68, no. 4. P. 1185–1196. doi: 10.1143/JPSJ.68.1185.
  6. Kiyono K., Fuchikami N. Bifurcations induced by periodic forcing and taming chaos in dripping faucets // Journal of the Physical Society of Japan. 2002. Vol. 71, no. 1. P. 49–55. DOI: 10.1143/ JPSJ.71.49.
  7. Umemura A., Osaka J., Shinjo J., Nakamura Y., Matsumoto S., Kikuchi M., Taguchi T., Ohkuma H., Dohkojima T., Shimaoka T., Sone T., Nakagami H., Ono W. Coherent capillary wave structure revealed by ISS experiments for spontaneous nozzle jet disintegration // Microgravity Sci. Technol. 2020. Vol. 32, no. 3. P. 369–397. doi: 10.1007/s12217-019-09756-0.
  8. Umemura A. Self-destabilising loop of a low-speed water jet emanating from an orifice in microgravity // Journal of Fluid Mechanics. 2016. Vol. 797. P. 146–180. doi: 10.1017/jfm.2016.271.
  9. Umemura A., Osaka J. Self-destabilizing loop observed in a jetting-to-dripping transition // Journal of Fluid Mechanics. 2014. Vol. 752. P. 184–218. doi: 10.1017/jfm.2014.329.
  10. Umemura A. Model for the initiation of atomization in a high-speed laminar liquid jet // Journal of Fluid Mechanics. 2014. Vol. 757. P. 665–700. doi: 10.1017/jfm.2014.511.
  11. Yakubenko P. A. Capillary instability of an ideal jet of large but finite length // European Journal of Mechanics - B/Fluids. 1997. Vol. 16, no. 1. P. 39–47.
  12. Куликовский А. Г. Об устойчивости однородных состояний // Прикладная математика и механика. 1966. Т. 30, № 1. С. 148–153.
  13. Safronov A. A. Investigation of the structure of waves generated by a δ-perturbation of the surface of a capillary jet // Russian Journal of Nonlinear Dynamics. 2022. Vol. 18, no. 3. P. 367–378. doi: 10.20537/nd220303.
  14. Аметистов Е. В., Дмитриев А. С. Монодисперсные системы и технологии. М.: Издательство МЭИ, 2002. 392 с.
  15. Eggers J., Dupont T. F. Drop formation in a one-dimensional approximation of the Navier–Stokes equation // Journal of Fluid Mechanics. 1994. Vol. 262. Р. 205–221. doi: 10.1017/S0022 112094000480.
  16. Сафронов А. А. Особенности капиллярного распада струй жидкости при числах Онезорга больше единицы // Инженерно-физический журнал. 2017. Т. 90, № 1. С. 176–185.
  17. Бондарева Н. В., Григорьев А. Л., Коровин Т. Г., Коротеев А. А., Сафронов А. А., Скоробогатько Т. Д., Филатов Н. И., Хлынов А. В. Экспериментальное исследование влияния числа Онезорге на размеры капель, образовавшихся в результате капиллярного распада струи // Теплофизика и аэромеханика. 2019. Т. 26, № 5. С. 773–777.
  18. Eggers J. Drop formation – an overview // ZAMM. Z. Angew. Math. Mech. 2005. Vol. 85, no. 6. Р. 400–410. doi: 10.1002/zamm.200410193.
  19. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Гидродинамика. М.: Наука, 1986. 736 с.
  20. Clavet S., Beaudoin P., Poulin P. Particle-based viscoelastic fluid simulation // In: Proceedings of the 2005 ACM SIGGRAPH/Eurographics symposium on computer animation. 29-31 July 2005, Los Angeles, California. SCA, 2005. P. 219–228. doi: 10.1145/1073368.1073400.
  21. Сафронов А. А., Коротеев А. А., Филатов Н. И., Бондарева Н. В. Быстрые растущие волны в струе вязкой жидкости, инициированные колебаниями концевой капли // Теплофизика и аэромеханика. 2021. Т. 28, № 2. С. 255–263.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».