РАЗРАБОТКА ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ОСНОВ ФОРМИРОВАНИЯ МИКРО- И НАНОРАЗМЕРНЫХ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ НЕУСТОЙЧИВОСТЕЙ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ПРИНЦИПИАЛЬНО НОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Авторы

  • Владимир Дмитриевич Сарычев

Ключевые слова:

скорость роста, неустойчивости Кельвина-Гельмгольца, микрофлюидика

Аннотация

В работе приводится анализ теоретических основ формирования микро- и наноразмерных гидродинамических неустойчивостей. В традиционных и современных технологиях встречаются развивающиеся на микро- и нанорасстояниях процессы, на которые раньше не могли обратить внимание. Выявление новых закономерностей и определение диапазона параметров, при которых они реализуются, определяет научную значимость и фундаментальность исследований. Рассмотрены конкретные физические ситуации, где реализуются или могут проявиться неустойчивости Кельвина- Гельмгольца. Практическая значимость поставленных задач заключается в создании принципиально новых технологий на базе полученных знаний. Описаны решенные задачи.

Библиографические ссылки

Eggers J., Villermaux J. Physics of liquid jets // Report on Progress in Physics. 2008. Vol. 71. Article 036601.

Taylor G.I. Generation of ripples by wind blowing over a viscous liquid. In: The Scientific Papers of Sir Geoffrey Ingram Taylor. Bachelor G.K. ed. 1940. Vol. III. P. 244–254. Cambridge University Press, 1963.

Li X.И., Tankin R.S. On the temporal instability of a two-dimensional viscous liquid sheet // Journal of Fluid Mechanics. 1991. Vol. 226. P. 425–443.

Dasgupta D., Nath S., Bhanja D. A study on dualrole of viscosity on the stability of a viscous planar liquid sheet surrounded by inviscid gas streams of equal velocities, and prediction of resulting droplet distribution using maximum entropy formulation // Physics of Fluids. 2019. Vol. 31 (7). Article 074103.

Joseph D.D., Funada T., Wang J. Potential Flows of Viscous and Viscoelastic Fluids. Cambridge: Cambridge University Press, 2007. 497 p.

Padrino J.C., Joseph D.D., Kim H. Viscous effects on Kelvin-Helmholtz instability in a channel // J. Fluid Mech. 2011. Vol. 680. P. 398–416.

Awasthi M.K., Asthana R., Agrawal G.S. Pressure Corrections for the Potential Flow Analysis of Kelvin-Helmholtz Instability with Heat and Mass Transfer // Int. J. Heat Mass Transf. 2012. Vol. 55. No. 9-10. P. 2345–2352.

Awasthi M.K. Kelvin-Helmholtz instability of viscoelastic liquid-viscous gas interface with heat and mass transfer‖ // International Journal of Thermal Sciences. 2021. Vol. 161. No. 2. Article 106710.

Awasthi M.K., Agarwal S. Rayleigh-Taylor instability in a spherical configuration: A viscous potential flow approach // Chinese Journal of Physics. 2020. Vol. 68. P. 866–873.

Awasthi M.K., Agarwal S. Instability of a radially moving cylindrical surface: a viscous potential flow approach // Journal of Fluids Engineering. 2020. Vol. 142. No. 9. Article 09450.

Awasthi M.K. Rayleigh-Taylor instability of swirling annular layer with mass transfer // Journal of Fluids Engineering. 2019. Vol. 141 (7). Article 071202.

Awasthi M.K., Sarychev V.D., Nevskii S.A., Kuznetsov M.A., Solodsky S.A. Kelvin Helmholtz instability of swirling annular layer with heat and mass transfer // Journal of Advanced Research in Dynamical and Control Systems. 2019. Vol. 11 (5). P. 86–96.

Han Y. Kelvin-Helmholtz instability of a confined nano-liquid sheet with the effects of heat and mass transfer and Marangoni convection // Atomization and Sprays. 2022. Vol. 32. No. 1. P. 73–89.

Bilgili S., Ugarte O., Akkerman V. Interplay of Kelvin-Helmholtz instability with acoustics in a viscous potential flow // Phys. Fluids. 2020. Vol. 32. Article 084108.

Грановский А.Ю., Сарычев В.Д., Громов В.Е. Модель формирования внутренних нанослоев при сдвиговых течениях материалов // Журнал технической физики. 2013. Т. 83. № 10. С. 155–158.

Сарычев В.Д., Грановский А.Ю., Черемушкина Е.В., Громов В.Е. Модель перемешивания слоев, созданных при электровзрывной обработке // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. 2013. Т. 10. № 4. С. 558–562.

Сарычев В.Д., Невский С.А., Коновалов С.В., Грановский А.Ю. Модель образования наноструктур в рельсовой стали при длительной эксплуатации // Математическое моделирование в естественных науках. 2015. Т. 1. С. 394–398.

Sarychev V., Nevskii S., Granovskii A., Chinakhov D. Simulation of Nanoparticles Formation by Mechanism of Kelvin-Helmholtz Instability // Int. J. Nanoparticles Nanotech. 2017. Vol. 3. No. 012. P. 2–10.

Сарычев В.Д., Невский С.А., Кормышев В.Е., Юрьев А.А., Громов В.Е. Модель формирования наноструктурных слоев при длительной эксплуатации рельсов // Известия вузов. Черная металлургия. 2020. Т. 63. № 9. С. 699–706.

Sarychev V.D., Nevskii S. A., Kuznetsov М. А. et al. Kelvin-Helmholtz Instability of Cylindrical Geometry for Micro-Dimensional Range of Wavelengths // Jordan Journal of Physics. 2022.

No. 3. P. 33–47.

Куликовский А.Г., Шикина И.С. О влиянии вязкости на устойчивость тангенциального разрыва в несжимаемой жидкости // Вестник Московского университета. 1997.№ 6. С. 29–32.

Разуменко Л.С., Ткаченко В.И. Неустойчивость границы раздела вязких течений // Вестник Харьковского университета. 2005. № 710. C. 72–80.

Алиев И.Н., Юрченко С.О., Назарова Е.В. Особенности комбинированной неустойчивости заряженной границы раздела движущихся сред // Инженерно-физический журнал. 2007. Т. 80. № 5. С. 64–69.

Алиев И.Н., Юрченко С.О. К вопросу о неустойчивости границы раздела двух сред конечной толщины // Инженерно-физический журнал. 2007. Т. 80. № 6. C. 127–133.

Ширяева С.О., Григорьев А.И., Суханов С.А. О роли вязкости жидкости в реализации неустойчивости Кельвина-Гельмгольца // Электронная обработка материалов. 2013. Т. 49. С. 56–61.

Григорьев А.И., Ширяева С.О. О нахождении аналитических выражений для декрементов в асимптотике маловязкой жидкости // Журнал технической физики. 2013. Т. 83.№ 10. С. 18–25.

Senecal P.K., Schmidt D.P., Nouar I., Rutland C.J., Reitz R.D., Corradini M.L. Modeling highspeed viscous liquid sheet atomization // Interna- tional Journal of Multiphase Flow. 1999. Vol. 25. P. 1073–1097.

Sirignano W.A., Edwards C.F. Fluid Dynamics and Transport of Droplets and Sprays. Cambridge University Press, 2010. 462 p.

Валиев Р.З., Александров И.В. Наноструктурированные материалы, полученные сильной пластической деформацией. М.: Логос, 2000. 272 с.

Glezer A.M., Kozlov E.V., Koneva N.A., Popova N.A., Kurzina I.A. Plastic deformation of nanostructured materials. N.Y.: Taylor and Francis Group, 2017. 323 p.

Kulagin R., Beygelzimer Y., Ivanisenko Y., Mazilkin A., Straumal B., Hahn H. Instabilities of interfaces between dissimilar metals induced by high pressure torsion // Materials Letters. 2018. Vol. 222. No. 1. P. 172–175.

Ivanisenko Yu., Fecht H.J. Microstructure modification in the Surface Layers of Railway Rails and Wheels // Steel tech. 2008. Vol. 3. No. 1. P. 19–23.

Baumann G., Fecht H.J., Liebelt S. Formation of white-etching layers on rail treads // Wear. 1996. Vol. 191. P. 133–140.

Österle Rooch H., Pyzalla A., Wang L.W., OeSterle W., Rooch H., Pyzalla A., Wang L., Österle W., Rooch H., Pyzalla A., et al. Investigation of white etching layers on rails by optical microscopy, electronmicroscopy // X-ray and synchrotron X-ray diffraction. Mater. Sci. Eng. A. 2001. Vol. 303. P. 150–157.

Wild Wang L., Hasse B., Wroblewski T., Goerigk G., Pyzalla A.E. Microstructure alterations at the surface of a heavily corrugated rail with strong ripple formation // Wear. 2003. Vol. 254. P. 876–883.

Zhang H.W., Ohsaki S., Mitao S., Ohnuma M., Hono K. Microstructural investigation of white etching layer on pearlite steel rail // Mater. Sci. Eng. A. 2006. Vol. 421. P. 191–199.

Takahashi J., Kawakami K., Ueda M. Atom probe tomography analysis of the white etching layer in a rail track surface // Acta Mater. 2010. Vol. 58. P. 3602–3612.

Lojkowski W., Djahanbakhsh M., Bürkle G., Gierlotka S., Zielinski W., Fecht H.J. Nanostruc- ture formation on the surface of railway tracks // Mater. Sci. Eng. A. 2001. Vol. 303. P. 197–208.

Ishida M. Rolling contact fatigue (RCF) defects of rails in Japanese railways and its mitigation strategies // Electron. J. Struct. Eng. 2013. Vol. 13. P. 67–74.

Steenbergen M., Dollevoet R. On the mechanism of squat formation on train rails. Part I: Origination // Int. J. Fatigue. 2013. Vol. 47. P. 361–372.

Pal S., Valente C., Daniel W., Farjoo M. Metallurgical and physical understanding of rail squat initiation and propagation // Wear. 2012. Vol. 284-285. P. 30–42.

Johnson K.L. Contact mechanics. Cambridge University Press, 1987. 510 p.

Рубцов В.Е., Тарасов С.Ю., Колубаев А.В. Одномерная модель неоднородного сдвига при трении скольжения // Физическая мезомеханика. 2012. Т. 15. № 4. С. 103–103.

Тарасов С.Ю., Рубцов В.Е., Колубаев А.В., Горбатенко В.В. Анализ микроскопических полей деформации при трении скольжении // Известия вузов. Физика. 2013. Т. 56. № 7-2. С. 350–355.

Рубцов В.Е., Тарасов С.Ю., Колубаев А.В. Неоднородность деформации и сдвиговая неустойчивость материала при трении // Известия вузов. Физика. 2011. № 11-3. Р. 215–220.

Ivanov Y.F., Glezer A.M., Sundeev R.V., Kuznetsov R.V., Gromov V.E., Shliarova Y.A., Semin A.P. Fine structure formation in rails under ultra long-term operation // Materials Letters. 2022. Vol. 309. Article 131378.

Straumal B.B., Kulagin R., Klinger L., Rabkin E., Straumal P.B., Kogtenkova O.A., Baretzky B. Structure refinement and fragmentation of precipitates under severe plastic deformation // A Re- view. Materials. 2022. Vol. 15. Article 601.

Сарычев В.Д., Невский С.А., Кормышев В.Е., Юрьев А.А., Громов В.Е. Модель формирования наноструктурных слоев при длительной эксплуатации рельсов // Известия вузов. Черная металлургия. 2020. Т. 63. № 9. С. 699 – 706.

Barrero A., Loscertales I. Micro- and nanoparticles via capillary flows // Annual Review of Fluid Mechanics. 2007. Vol. 39. No. 1. P. 89–106.

Anna S.L. Droplets and bubbles in microfluidic devices // Annu. Rev. Fluid Mech. 2016. Vol. 48. P. 285–309.

Gañán-Calvo A.M. Generation of steady liquid micro threads and micron-sized monodisperse sprays in gas streams // Phys. Rev. Lett. 1998. Vol. 80. P. 285–288.

Gordillo J.M., Pérez-Saborid M., Gañán-Calvo A.M. Linear stability of co-flowing liquid – gas jets // Journal of Fluid Mechanics. 2001. Vol. 448. P. 23–51.

Si T., Li F.A., Yin X.I.Y., Yin X.Z. Modes in flow focusing and instability of coaxial liquid-gas jets // J. Fluid Mech. 2009. Vol. 629. P. 1–23.

Mu K., Ding H., Si T. Experimental and numerical investigations on interface coupling of coaxial liquid jets in co-flow focusing // Phys. Fluids. 2020. Vol. 32. Article 042103.

Mu K., Li G.B., Si T. Instability and interface coupling of coaxial liquid jets in a driving stream // Phys. Fluids. 2020. Vol. 32. Article 092107.

Mu K., Qiao R., Si T., X Cheng X., Ding H. Interfacial instability and transition of jetting and dripping modes in a co-flow focusing process // Phys. Fluids. 2021. Vol. 33. Article 052118.

Mu K., Qiao R., Guo J., Yang C., Wu Y., Si T. Parametric study on stability and morphology of liquid cone in flow focusing // International Journal of Multiphase Flow. 2021. Vol. 135. Article 103507.

López M., Cabezas M.G., Montanero J.M., Herrada M.A. On the hydrodynamic focusing for producing microemulsions via tip streaming // J. Fluid Mech. 2022. Vol. 934. A47.

Gau C., Shen C.H., Wang Z.B. Peculiar Phenomenon of Micro-Free Jet Flow // Physics of Fluids. 2009. Vol. 21. No. 9. Article 092001.

Козлов В.В., Грек Г.Р., Литвиненко Ю.А., Козлов Г.В., Литвиненко М.В. Дозвуковые круглая и плоская макро- и микроструи в поперечном акустическом поле // Вестник НГУ. Серия: Физика. 2010. Т. 5. № 2. С. 28–42.

Kozlov V.V., Grek G.R., Dovgal A.V., Litvinenko Y.A. Stability of Subsonic Jet Flows // Journal of Flow Control, Measurement and Visualization. 2013. Vol. 1. P. 94–101.

Kozlov V.V., Grek G.R., Litvinenko Yu.A. Visualization of conventional and combusting subsonic jet instabilities. Dordrecht: Springer International Publishing, 2016. 126 p.

Aniskin V.M., Bountin D.A., Maslov A.A., Mironov S.G., Tsyryulnikov I.S. Investigation of stability of a subsonic gas microjet // Zh. Tekh. Fiz. 2012. Vol. 82. No. 2. P. 17–23.

Aniskin V.M., Lemanov V.V., Maslov N.A., Mukhin K.A., Terekhov V.I., Sharov K.A. Experimental study of subsonic flow plane mini and microjets of air // Tech. Phys. Lett. 2015. Vol. 41. P. 26–31.

Aniskin V.M., Maslov A.A., Mukhin K.A. Structure of subsonic plane microjets // Microfluidics and Nanofluidics. 2019. Vol. 23 (4). P. 57.

Krivokorytov M.S., Golub V.V., Moralev I.A. Development of instability in gas microjets under an acoustic action // Pisma Zh. Tekh. Fiz. 2013. Vol. 39 (18). P. 38–44.

Lemanov V.V., Terekhov V.I., Sharov K.A., Shumeiko A.A. Experimental study of submerged jets at low Reynolds numbers // Pisma Zh. Tekh. Fiz. 2013. Vol. 39 (9). P. 34–40.

Chang C.J., Shen C.H., Gau C. Flow and heat transfer of a micro jet impinging on a heated chip. part i. micro free and impinging jet flow // Nanoscale and Microscale Thermophysical Engineering. 2013. Vol. 17 (1). P. 50–68.

Xiaobing L., Wei C., Renxia S., Sheng L. Experimental and numerical investigation of a microjet-based cooling system for high power LEDs // Heat Transf. Eng. 2008. Vol. 29 (9). P. 774–781.

Hadrys D., Piwnikb J. Welding with microjet cooling as a method of improving, the plastic properties of welds // J. Eng. Phys. Thermophys. 2014. Vol. 87 (5). P. 1170–1176.

Rusowicza A., Leszczynski M.J., Grzebieleca A., Laskowski R. Experimental investigation of single-phase microjet cooling of microelectronics // Arch. Thermodyn. 2015. Vol. 36 (3). P. 139–147.

Carpenter J.-B., Baillot F., Blaisot J.-B., Dumouchel C. Behavior of cylindrical liquid jets evolving in a transverse acoustic field // Physics of Fluids. 2009. Vol. 21. Article 023601.

Шевченко А.К., Яковенко С.Н. Численное исследование методов управления потоком и эффектов расщепления в круглой затопленной струе // Теплофизика и аэромеханика. 2021. Т. 28. № 3. С. 379–395.

Загрузки

Опубликован

30.06.2022

Как цитировать

Сарычев, В. Д. (2022). РАЗРАБОТКА ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ОСНОВ ФОРМИРОВАНИЯ МИКРО- И НАНОРАЗМЕРНЫХ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ НЕУСТОЙЧИВОСТЕЙ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ПРИНЦИПИАЛЬНО НОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ. Вестник Сибирского государственного индустриального университета, (2), 29–38. извлечено от https://vestnik.sibsiu.ru/index.php/vestnik/article/view/175

Выпуск

Раздел

Металлургия и материаловедение

Наиболее читаемые статьи этого автора (авторов)