Пакеты капиллярных и акустических волн импакта капли

Течения, капиллярные волны и акустические сигналы, порожденные упавшей в бассейн с частично дегазированной жидкостью каплей воды, зарегистрированы высокоскоростной видеокамерой, гидрофоном и микрофоном. Проведен масштабный анализ системы уравнений. Прослежена быстрая конверсия доступной потенциальной поверхностной энергии. Преобразованная энергия сохраняется в тонком слое в окрестности слившихся поверхностей, где создает большие возмущения температуры, давления и скорости течений. Капиллярные волны начинают излучаться одновременно с формированием каверны и возвышением венца. Новые группы капиллярных волн возникают при всех изменениях структуры течения --- формировании и погружении всплеска, возвращении вторичных капель, развитии каверн, погружении стримера и капелек. Одновременно с волнами формируются тонкие приповерхностные течения --- лигаменты, влияющие на перенос и разрыв газовых полостей. Тонкие течения быстро затухают и образуются вновь при падении ранее выброшенных капель и генерации новой группы капиллярных волн. Сопоставление картин течений и акустических сигналов указывает, что генерация резонансных звуковых пактов синхронизована с отрывом газовых полостей от каверны или с их разрывом на фрагменты. Длительность и спектр акустических пакетов зависят от начальной угловатой геометрии звучащей полости, постепенно трансформирующейся в гладкую сфероидальную

Работа выполнена при финансовой поддержке РНФ (проект РНФ №19-19-00598)

Литература

[1] Prosperetti A., Oguz H.N. The impact of drops on liquid surfaces and the underwater noise of rain. Annu. Rev. Fluid Mech., 1993, vol. 25, pp. 577--602. DOI: https://doi.org/10.1146/annurev.fl.25.010193.003045

[2] Pumphrey H.C., Crum L.А. Free oscillations of near-surface bubbles as a source of the underwater noise of rain. J. Acoust. Soc. Am., 1990, vol. 87, iss. 1, pp. 142--148. DOI: https://doi.org/10.1121/1.399306

[3] Longuet-Higgins M.S. An analytic model of sound production by raindrops. J. Fluid Mech., 1990, vol. 214, pp. 395--410. DOI: https://doi.org/10.1017/S0022112090000179

[4] Попов В.Н., Черепанов А.Н. Численное моделирование кристаллизации модифицированной металлической капли при растекании на подложке. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2019, № 6 (87), c. 18--39. DOI: http://dx.doi.org/10.18698/1812-3368-2019-6-18-39

[5] Чашечкин Ю.Д., Прохоров В.Е. Аэро- и гидроакустика удара свободно падающей капли о поверхность воды. Докл. РАН, 2010, т. 434, № 1, с. 51--55.

[6] Прохоров В.Е., Чашечкин Ю.Д. Генерация звука при падении капли на поверхность воды. Акуст. журн., 2011, т. 57, № 6, с. 792--803.

[7] Zhu G.Z., Li Z.H., Fu D.Y. Experiments on ring wave packet generated by water drop. Chin. Sci. Bul., 2008, vol. 53, no. 11, pp. 1634--1638. DOI: https://doi.org/10.1007/s11434-008-0246-0

[8] Чашечкин Ю.Д., Прохоров В.Е. Гидродинамика удара капли: короткие волны на поверхности венца. Докл. РАН, 2013, т. 451, № 1, с. 41--45.

[9] Чашечкин Ю.Д. Визуализация тонкой структуры возмущений поверхности жидкости течениями, вызванными упавшей каплей. ПMM, 2019, т. 83, № 3, с. 403--412.

[10] Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Курс теоретической физики. Т. 6. Гидродинамика. М., Наука, 1986.

[11] Feistel R. Thermodynamic properties of seawater, ice and humid air: TEOS-10, before and beyond. Ocean Sci., 2018, vol. 14, iss. 3, pp. 471--502. DOI: https://doi.org/10.5194/os-14-471-2018

[12] Chashechkin Yu.D. Singularly perturbed components of flows --- linear precursors of shock waves. Math. Mod. Nat. Phen., 2018, vol. 13, no. 2, art. 17. DOI: https://doi.org/10.1051/mmnp/2018020

[13] Чашечкин Ю.Д. Дифференциальная механика жидкостей: согласованные аналитические, численные и лабораторные модели стратифицированных течений. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2014, № 6 (57), c. 67--95.

[14] Чашечкин Ю.Д. Эволюция тонкой структуры распределения вещества свободно падающей капли в смешивающихся жидкостях. Изв. РАН. Физ. атм. океана, 2019, т. 55, № 3, с. 67--77. DOI: https://doi.org/10.31857/S0002-351555367-77

[15] Эйзенберг Д., Кауцман В. Структура и свойства воды. Л., Гидрометеоиздат, 1975.

[16] Гиббс Дж.В. Термодинамические работы. М., Л., ГИТТЛ, 1950.

[17] Teschke O., de Souza E.F. Water molecule clusters measured at water/air interfaces using atomic force microscopy. Phys. Chem. Chem. Phys., 2005, vol. 7, no. 22, pp. 3856--3865. DOI: https://doi.org/10.1039/B511257E

[18] Бункин Н.Ф., Индукаев К.В., Игнатьев П.С. Спонтанная самоорганизация газовых микропузырей в жидкости. ЖЭТФ, 2007, т. 131, № 3, с. 539--555.

[19] Чашечкин Ю.Д., Ильиных А.Ю. Полосчатые структуры в картине распределения вещества капли по поверхности принимающей жидкости. Докл. РАН, 2018, т. 481, № 2, с. 145--150. DOI: https://doi.org/10.31857/S086956520001192-4

[20] Гидрофизический комплекс для моделирования гидродинамических процессов в окружающей среде и их воздействия на подводные технические объекты, а также распространения примесей в океане и атмосфере (ГФК). ipmnet.ru: веб-сайт. URL: http://www.ipmnet.ru/uniqequip/gfk/#equip (дата обращения: 15.06.2020).