Капельный кластер — гексагональная структура из микрокапель конденсата (характерный диаметр 20…200 мкм), левитирующих на расстоянии сопоставимом с диаметром капель над свободной поверхностью горизонтального слоя активно испаряющейся жидкости. Первое описание явления и комплекса условий, необходимых для его воспроизведения встречается в работе .

Краткое описание явления

Принципиально важным для формирования и устойчивого существования капельного кластера является локальный характер нагрева межфазной поверхности (МФП) жидкость-газ, при этом, в слое не должны возникать термокапиллярные течения. Такие условия реализуются в жидкостях с высоким поверхностным натяжением, при наличии в них примесей поверхностно-активных веществ (ПАВ). В частности, явление воспроизводится в экспериментах с глицерином, бензиловым спиртом, этиленгликолем, но исторически основная часть исследований проводилась с водой. Над локально нагретым участком МФП пар резко охлаждается по мере удаления от жидкой поверхности. Как следствие, в газовой среде образуются микрокапли часть из которых выпадает на МФП, формируя кластер. Капельный кластер обеспечивает дополнительный механизм рассеяния энергии и является диссипативной структурой . Левитация капельного кластера обусловлена аэродинамической силой сопротивления сферических капель паровоздушной струе, которая формируется над нагретым участком МФП . Существует две основные концепции, объясняющие механизм формирования гексагональной структуры капельного кластера: близкодействующие силы отталкивания капель с точки зрения одной из этих концепций имеют аэродинамическую природу , с точки зрения другой — порождаются электрическим зарядом, накапливаемым каплями . Перепад температуры между нижним и верхним участками поверхности капли достигает нескольких градусов, в то же время, конденсационный механизм образования капли препятствует накоплению в ней ПАВ. В таких условиях в каплях развиваются термокапиллярные течения, скорость которых может быть сопоставимой со скоростью обтекающей кластер паровоздушной струи. Как следствие - для кластера характерны весьма сложные и разнообразные аэродинамические эффекты: объединение капель в тандем , быстрое вращение нескольких капель вокруг общего центра (см. видео) и др.

Ссылки

Литература

• Джуманджи В. А.
• Федорец А. А.

• A.V. Shavlov, V.A. Dzhumandzhi, S.N.Romanyuk - Sound oscillation of dropwise cluster - Physics Letters A 06/2012; 376(s 28–29):2049–2052. doi :

• A.V. Shavlov, V.A. Dzhumandzhi, S.N. Romanyuk - Frictional flow of a dropwise cluster - Physica Scripta 10/2012; 86(5):055501. doi :

• A.V. Shavlov, S.N. Romanyuk, V.A. Dzhumandzhi - Effective charge and effective radius of water droplet in dropwise cluster - Physics of Plasmas 02/2013; 20(2). doi :

• A.V. Shavlov, I.V. Sokolov, S.N. Romanyuk, V.A. Dzhumandzhi - Dropwise chains as the elements of water fog spatial structure - Physics Letters A 10/2013; 377(s 28–30):1740–1744. doi :

• A.V. Shavlov, I.V. Sokolov, V.L. Khazan, S. N. Romanyuk - Viscosity of water fog - Physica Scripta 12/2014; 89(12). doi :