Удар импульсной микроструи по микроволокну

Удар капли или струи о твердые препятствия различной геометрии – фундаментальный гидродинамический процесс, имеющий отношение к широкому кругу технологических приложений и природных явлений.

В многочисленных исследованиях изучались большие капли (диаметр 2–4 мм) и малые скорости удара (до 3 м/с), что объясняется относительной простотой таких экспериментов. Задача усложняется для капель или струй меньших диаметров, движущихся со скоростью более 3 м/с. Здесь уже требуются специальные методы генерации и визуализации микроструй.

В настоящее время актуальность исследования движения капель (микроструй) связана и с COVID19, заражение которым зачастую происходит в результате чихания или кашля носителем вируса. В этом случае вирус передаётся каплями и микроструями ротовой жидкости. Типичные параметры процесса: диаметр капли (микроструи) ~ 50–100 мкм, скорость ~ 10 м/с. С другой стороны, важной характеристикой защитной медицинской маски, состоящей из сетки цилиндрических волокон, является ее способность задерживать/тормозить падающие на нее капли.

В лаборатории механики сложных жидкостей ИПМех РАН в рамках гранта РНФ 23-19-00451 создана установка для исследования скоростного столкновения импульсных микроструй диаметром D=50 мкм с различными препятствиями. Для формирования микроструй применен термоструйный принцип, при котором выброс микроструи осуществляется быстрорастущим паровым пузырьком, возникающем в результате локального разогрева жидкости микронагревателем.

На данном этапе работы исследован поперечный удар микроструи воды (скорость v=10 м/с) по одиночным цилиндрическим микроволокнам диаметром 8 и 20 мкм. Обнаружено значительное замедление микроструи волокном и ее расщепление на две части. Предложена модель, объясняющая замедление микроструи и позволяющая предсказать диаметр одиночного волокна, необходимый для ее полной остановки.

• 
  Схема экспериментальной установки
• 
  Последовательные кадры (на рис. сверху вниз)
  столкновения микроструи воды с
  волокном диаметром 8 мкм (слева) и 20 мкм (справа),
  направление движения струи слева направо,
  волокно (показано красной стрелкой)
  расположено перпендикулярно плоскости рисунка

См. также:

• Базилевский А.В., Рожков А.Н. Удар микроструи воды по микроволокну //  Изв. РАН. МЖГ. 2023. № 5. С. 110-118.
  DOI: 10.31857/S1024708423600331, EDN: NNUINU
  = A.V. Bazilevsky, A.N. Rozhkov. Impact of a Water Microjet on a Microfiber. Fluid Dyn. 2023. V. 58. No. 5. P. 934-941.
  DOI: 10.1134/S0015462823601365

Информация на ноябрь 2023 г.