Главная
Федерация Лао-Тай, г.Киев

Европейская федерация “Лао-Тай” (г. Киев)

Наша совместная работа Bikinika.com.ua

Уважаемые посетители!
Для записи на занятия звоните по телефонам:
(095) 141-35-15, (098) 455-41-20

Муай-тай
  • Хатха-йога

    Хатха-йога Хатха-йога - древняя система асан, которые выполняются при полном внешнем и внутреннем расслаблении в сочетании с дыханием, что помогает познать себя через работу с телом и даёт великолепный результат. Подробнее про Хатха-йогу...
  • Парная йога

    Парная йога Это работа с партнером не только на физическом, но и энергетическом, и духовном уровне. Двойная энергия - двойной результат! Подробнее про Парную йогу...
  • Самооборона

    Самооборона Умение защитить себя - очень ценное качество. Это придаёт уверенность и спокойствие даже в экстремальных ситуациях. Самооборона на улице всегда была и будет актуальна. Подробнее о Самообороне...
  • Холодное оружие

    Холодное оружие Оружие – живой друг и помощник, продолжение тела бойца, если, конечно, овладеть им. В древности системы с оружием считались секретными, т.к. раскрывали основы мастерства боевых стилей. Подробнее про Холодное оружие...
  • Тайский бокс (муай-тай)

    Муай-тай Тайский бокс, благодаря своей боевой эффективности и быстроте обучения, популярен далеко за пределами Тайланда. Это эффектный и эффективный стиль боевых искусств, имеющий большой арсенал ударной техники.
    Подробнее о тайском боксе (муай-тай)...
  • Кунг-фу

    Кунг-фу Термин Кунг-фу означает "работа во имя совершенства человека". Кунг-фу – это целостная система Знаний. Это не только боевое искусство – это также мировоззрение и образ жизни.
    Подробнее о Кунг-фу...
  • Юддха-йога

    Юддха-йога Юддха-йога — это проверенный долгим временем, эффективный комплекс гармонизации и настройки всех систем организма, соединения внешней и внутренней силы и различных типов дыхания... Подробнее про Юддха-йогу...
  • Хатха-йога

    Хатха-йога Хатха-йога - древняя система асан, которые выполняются при полном внешнем и внутреннем расслаблении в сочетании с дыханием, что помогает познать себя через работу с телом и даёт великолепный результат. Подробнее про Хатха-йогу...
  • Парная йога

    Парная йога Это работа с партнером не только на физическом, но и энергетическом, и духовном уровне. Двойная энергия - двойной результат! Подробнее про Парную йогу...
  • Самооборона

    Самооборона Умение защитить себя - очень ценное качество. Это придаёт уверенность и спокойствие даже в экстремальных ситуациях. Самооборона на улице всегда была и будет актуальна. Подробнее о Самообороне...
  • Холодное оружие

    Холодное оружие Оружие – живой друг и помощник, продолжение тела бойца, если, конечно, овладеть им. В древности системы с оружием считались секретными, т.к. раскрывали основы мастерства боевых стилей. Подробнее про Холодное оружие...
  • Тайский бокс (муай-тай)

    Муай-тай Тайский бокс, благодаря своей боевой эффективности и быстроте обучения, популярен далеко за пределами Тайланда. Это эффектный и эффективный стиль боевых искусств, имеющий большой арсенал ударной техники.
    Подробнее о тайском боксе (муай-тай)...
  • Кунг-фу

    Кунг-фу Термин Кунг-фу означает "работа во имя совершенства человека". Кунг-фу – это целостная система Знаний. Это не только боевое искусство – это также мировоззрение и образ жизни.
    Подробнее о Кунг-фу...
  • Юддха-йога

    Юддха-йога Юддха-йога — это проверенный долгим временем, эффективный комплекс гармонизации и настройки всех систем организма, соединения внешней и внутренней силы и различных типов дыхания... Подробнее про Юддха-йогу...
  • Хатха-йога

    Хатха-йога Хатха-йога - древняя система асан, которые выполняются при полном внешнем и внутреннем расслаблении в сочетании с дыханием, что помогает познать себя через работу с телом и даёт великолепный результат. Подробнее про Хатха-йогу...
     

"Сльози вина" і ефект Марангони

  1. «Сльози вина»
  2. Ефект Марангони в дії
  3. Моделювання ефекту Марангони за допомогою моделі нестійкості струменя
  4. Матеріали для подальшого вивчення

Налийте трохи вина в келих. Не поспішайте його випити - ми з вами проводимо експеримент. Якщо ви підніміть келих, то побачите як по його стінках стікає щось, що нагадує сльози. «Сльози вина» виникають в результаті дії ефекту Марангони, який описує перенесення маси уздовж поверхні двох рідких середовищ, викликаний градієнтами поверхневого натягу на межі двох середовищ (наприклад, рідкої і газоподібної).

«Сльози вина»

Термін «сльози вина» був вперше введений в 1865 році фізиком Джеймсом Томсоном, братом лорда Кельвіна. Пізніше італійський фізик Карло Марангони присвятив вивченню цієї проблеми свою дисертацію, опублікував в 1865 році результати своїх спостережень. Ефект Марангони, що викликає «сльози вина» та інші явища, які спостерігаються в колоїдної хімії та гідродинаміки, названий на честь Марангони і його дослідження.

«Сльози вина» стікають вниз по стінках келиха
«Сльози вина» стікають вниз по стінках келиха.

Ефект Марангони в дії

Огляньте свій келих. Бачите сльози? Якщо немає, то вміст етилового спирту в вашому вини, ймовірно, мало. Для спостереження «сліз вина» потрібно вино з високим вмістом етилового спирту. Варіації в змісті етилового спирту, а також поверхневому натягу уздовж контактної поверхні «вино-повітря», в слабкому вини незначні. Саме тому «сльози» в ньому утворюються рідко. Вміст етилового спирту у вині на ілюстрації вище становить 13,5% - вино досить слабке, але цього достатньо для утворення «сліз».

Поверхневий натяг є характеристикою взаємодії між двома середовищами. Вона описує кількість енергії необхідної для розширення питомої поверхні такої взаємодії на одну одиницю. Також можна розглядати поверхневий натяг як силу на одиницю довжини, необхідну для створення нової питомої поверхні. На ілюстрації нижче представлено взаємодію рідкого середовища з її парами. Молекули на поверхні (відмічені червоним) практично не взаємодіють з молекулами пара (відзначені помаранчевим), що призводить до утворення асиметричний зусилля, формує поверхню рідини. Молекули в основному об'ємі рідини (відзначені синім) можуть взаємодіяти з іншими молекулами в усіх напрямках. Для збільшення площі питомої поверхні рідини цих молекул доводиться рухатися у напрямку до поверхні, розриваючи спрямоване вгору взаємодія. Для цього необхідна енергія.

Поверхневий натяг рідини, яка взаємодіє зі своїми парами
Поверхневий натяг рідини, яка взаємодіє зі своїми парами. Взаємодія молекул на поверхні (відмічені червоним) з іншими асиметричними. Молекули, розташовані прямо під ними (відзначені фіолетовим), взаємодіють більш симетрично. Найбільш симетрично взаємодія характеризує молекули в товщі рідини (відзначені синім).

Сила взаємодії молекул води особливо велика в товщі рідини через водневих зв'язків, таким чином величина поверхневого натягу води досить велика, так як це необхідно для розривання сильних взаємодій. Взаємодія рідкої і газоподібної середовищ визначається величинами поверхневого натягу, що залежать від сили взаємодії між молекулами в товщі рідини. На ілюстрації вище ефект Марангони є потік, викликаний градієнтами поверхневого натягу уздовж контактної поверхні рідкої і газоподібної середовищ. Подібні градієнти можуть виникати внаслідок відмінностей у складі або температурі розчину уздовж поверхні.

Продемонструвати це можна за допомогою тарілки, в яку спочатку наливається тонкий шар води, після чого додає лелітки або інший легкий матеріал для більшої наочності. Взаємодія між водою і блискітками пояснюється, тим що частинки останніх гідрофільних, тобто вологолюбні. Крапля рідкого мила, спирту, моторного масла або іншої рідини з контрастним поверхневий натяг, вміщена в центр тарілки, призводить до того, що блискітки спрямовуються до краю тарілки.

При попаданні у воду молекули мила утворюють тонку - товщиною всього в декілька молекул - плівку на її поверхні. Різниця поверхневого натягу між ділянками покритими милом і без нього призводить до збільшення площі мильної плівки - що і є ілюстрацією ефекту Марангони. Зрештою молекули мила покривають всю поверхню, що призводить до зменшення енергії на поверхні, так як тепер молекули на поверхні води можуть взаємодіяти з водовоспріімчівимі молекулами мильної плівки.

Наступна ілюстрація описує даний експеримент на молекулярному рівні. Частинки блискіток в силу того, що їх поверхня водовоспріімчіва, взаємодіють з водою, а не милом. При збільшенні площі мильної плівки вони зміщуються до краю тарілки, так як "хочуть" і далі взаємодіяти з молекулами води.

Величина поверхневого натягу змінюється при додаванні в воду мила
Величина поверхневого натягу змінюється при додаванні в воду мила. Мило відзначено зеленим, іон з вуглеводневим "хвостиком". Молекули в товщі води відзначені синім, на вільної від мила поверхні - червоним, на поверхні покритої милом, а також в разі, якщо над ними розташовані молекули на поверхні води - фіолетовим.

У випадку зі "сльозами вина" меніск створює триступеневе взаємодія між стінками келиха, вином і повітрям. У точці освіти меніска рідина вільно "прилипає" до поверхні келиха. Меніск утворюється в силу того, поверхня стінок келиха, як і поверхня блискіток, гідрофільна. Вино містить спирт, постійно випаровується з поверхні зі швидкістю перевищує швидкість випаровування води (оскільки величина рівноважного тиску етанолу вище). Це також відбувається в меніску. Зменшення концентрації спирту в меніску відбувається швидше в силу великої щодо малого обсягу площі поверхні. Таким чином, це призводить до утворення перепаду концентрації спирту між меніском і плоскою контактною поверхнею між вином і повітрям. Це призводить до утворення градієнта поверхневого натягу, який зміщує меніск вгору по стінках келиха.

У міру того, як меніск починає утворювати плівку на поверхні стінок келиха, концентрація спирту в ньому зменшується ще сильніше, що, в свою чергу, призводить до збільшення градієнта поверхневого натягу. Все більше вина затягує на стінки келиха, поки не починають утворюватися краплі. У справу вступає сила тяжіння і "сльози вина" починають котитися по стінках келиха назад в товщу рідини.

Сльози вина утворюються завдяки градієнту поверхневого натягу (γ), що виникає між меніском і плоскою поверхнею вина
"Сльози вина" утворюються завдяки градієнту поверхневого натягу (γ), що виникає між меніском і плоскою поверхнею вина.

У 3 секундному таймлапс відео, можна побачити цей ефект:

Моделювання ефекту Марангони за допомогою моделі нестійкості струменя

Ефект Марангони можна змоделювати за допомогою пакета COMSOL Multiphysics і модуля Microfluidics (Мікрогідродінаміка). Почнемо з навчальної моделі, що ілюструє ідею - Jet Instability model . Дана модель імітує струменевий принтер і розрив нескінченно довгою струменя рідини в результаті просторово непостійного коефіцієнта поверхневого натягу.

Дана модель може бути вирішена одним із таких способів: за допомогою рухомої сітки, безлічі рівня, фазового поля. Звернувшись до Галереї додатків (Application Gallery) ви знайдете PDF-документи, що містять вказівки по моделюванню з використанням двох із зазначених методів (рухомий сітки і безлічі рівня). Метод рухомий сітки швидше і простіше у використанні, ніж метод безлічі рівня, як ми вже могли переконатися з поста Фабріса Шлегеля (Fabrice Schlegel) Який інтерфейс багатофазного потоку мені слід використовувати? Однак, в разі, якщо товщина винного шару на стінці келиха відома, для моделювання ефекту Марангони ми зможемо використовувати виключно метод рухомий сітки. Сухого ділянки між "сльозами" і рештою маси вина може не бути. В такому випадку слід скористатися методом безлічі рівня або фазового поля.

Модель нестійкості струменя складається з рідкої області у вигляді циліндра з радіусом 20 км і висотою 60 мк. Область містить циліндр води з радіусом 5 мк. Необхідно визначити такі характеристики чорнила як щільність і динамічна в'язкість, а також коефіцієнт поверхневого натягу.

Для вирішення моделі, побудованої на геометрії з рухомою сіткою, скористаємося інтерфейсом Ламінарний двофазний потік, Рухлива сітка (Laminar Two-Phase Floомw, Moving Mesh). Для цілей даної симуляції інтерфейс не має товщину і представлений кордоном. Такий підхід краще для практичної частоти сітки. інтерфейс обчислює рівняння Нав'є-Стокса і граничні умови, після чого трансформує результати в фіксовану сітку.

Циліндр струминного принтера в моделі нестійкості струменя
Циліндр струминного принтера в моделі нестійкості струменя.

За допомогою інтерфейсу Ламінарний двофазний потік, Рухлива сітка (Laminar Two-Phase Flow, Moving Mesh) можна вказати інші фізичні параметри. Крім того він швидше і точніше методів безлічі рівня і фазового поля. Однак, метод рухомий сітки не в змозі впоратися зі змінами в топології. Це означає, що він може бути використаний для розрахунків до появи крапель. Інтерфейс Ламінарний двофазний потік, Безліч рівня (Laminar Two-Phase Flow, Level Set) обчислює поле швидкостей і тиск, описані рівняннями Нав'є-Стокса, періодичними граничними умовами і вихідними настройками.

Представлені нижче результати були змодельовані з використанням методу безлічі рівня і показують розбиття струменя на окремі краплі в шести часових періодів. Спочатку рідина формує ідеальний стовп, але мінливість поверхневого натягу впливає на струмінь і формує зусилля (завдяки кривизні поверхні), що призводить до руйнування струменя на окремі краплі.

Зони рідкого стану моделі при руйнуванні струменя під впливом зміни поверхневого натягу з плином часу
Зони рідкого стану моделі при руйнуванні струменя під впливом зміни поверхневого натягу з плином часу.

Матеріали для подальшого вивчення

Ps. В даний час ми працюємо над новою функцією теплопередачі для моделювання конвекції Марангони. Не пропустіть свіжу версію пакету COMSOL Multiphysics 5.1 ...

Бачите сльози?
Направления:
Курсы, семинары

Новости

  • 2024-03-28
    Приглашаем на занятия!
  • Bikinika.com.ua
    Наша совместная работа Bikinika.com.ua. Запустив новый сайт, "Buddy.Bet" приглашает вас в мир увлекательных игр и возможности увеличить свой банкролл.

  • Гимнастика
  • Спортсмен
  • Велоспорт
  • Прыжки
  • Теннис
  • Новости
  •      
    Направления: Контакты:
    (098) 455-41-20
    (095) 141-35-15

    Собеседования, встречи
    проводятся по адресу:
    г. Киев, ул. Прорезная, 13
    Подробнее...