- PII
- 10.31857/S0032823524040079-1
- DOI
- 10.31857/S0032823524040079
- Publication type
- Article
- Status
- Published
- Authors
- Volume/ Edition
- Volume 88 / Issue number 4
- Pages
- 594-621
- Abstract
- The problem of calculating the equilibrium axisymmetric shape of a liquid drop resting on a non-deformable horizontal plane is formulated. For the first time, an equation for the balance of forces acting on a drop in the vertical direction has been obtained, which completes the formulation of the problem under consideration. A high-precision numerical method for solving the formulated nonlinear problem has been developed. The dependence of the wetting angles of drops on variation of the input data of the problem: the chemical composition of the drop, gas pressure, and the strength of additional weak interaction (for example, van der Waals or electrochemical origin) is studied. For drops of small diameters, the possibility of the existence of two solutions is shown, which correspond to significantly different contact angles: in the first solution, the contact angles are less than 90°, and in the second, they are greater than 90°, reaching values of 160° and more. The existence of two equilibrium forms of a small-diameter drop is confirmed by full-scale experiments. Equilibrium forms of droplets of large diameters can exist only in the presence of an additional weak repulsive force between the liquid and the supporting surface, having an intensity of the order of 10–7…10–5 Pa. In this case, for drops of large diameters, there is only one solution.
- Keywords
- моделирование равновесной формы капли расчетные углы смачивания гидрофильность гидрофобность супергидрофобность неединственность решения
- Date of publication
- 01.04.2024
- Year of publication
- 2024
- Number of purchasers
- 0
- Views
- 28
References
- 1. Войтик О.Л., Делендик К.И., Коляго Н.В., Рощин Л.Ю. Факторы, влияющие на характеристики смачивания частей паровой камеры // Инж.-физ. ж. 2020. Т. 93. № 5. С. 1126–1133.
- 2. Матюхин С.И., Фроленков К.Ю. Форма капель жидкости, помещенных на твердую горизонтальную поверхность // Конденс. среды и межфазные границы. 2013. Т. 15. № 3. С. 292–304.
- 3. Марчук И.В., Чеверда В.В., Стрижак П.А., Кабов О.А. Определение поверхностного натяжения и контактного угла смачивания по форме поверхности осесимметричных пузырей и капель // Теплофиз. и аэромех. 2015. Т. 22. № 3. С. 311–317.
- 4. Bai M., Kazi H., Zhang X., Liu J., Hussain T. Robust hydrophobic surfaces from suspension HVOF thermal sprayed rare-earth oxide ceramics coatings // Article in Sci. Rep. 2018. V. 8. № 1. P. 6973-1–6973-8.
- 5. Xu P., Coyle T.W., Pershin L., Mostaghimi J. Fabrication of superhydrophobic ceramic coatings via solution precursor plasma spray under atmospheric and low-pressure conditions // J. Therm. Spray Tech. 2019. V. 28. P. 242–254.
- 6. Гуляев И.П., Кузьмин В.И., Ковалев О.Б. Высокогидрофобные керамические покрытия, получаемые методом плазменного напыления порошковых материалов // Теплофиз. и аэромех. 2020. Т. 27. № 4. С. 615–625.
- 7. Contact Angle, Wettability, and Adhesion / ed. by Gould R.F. Washington: Amer. Chem. Soc. Advances in Chem. Ser, 1964.
- 8. Финн Р. Равновесные капиллярные поверхности. Математическая теория. М.: Мир, 1989. 312 с.
- 9. Русаков А.И., Прохоров В.А. Межфазная тензометрия. СПб.: Химия, 1994. 398 с.
- 10. Саранин В.А. Равновесие жидкостей и его устойчивость. Простая теория и доступные опыты. М.: Ин-т компьют. исслед., 2002. С. 73–76.
- 11. De Gennes P.G., Brochard-Wyart F., Quere D. Capillarity and Wetting Phenomena. Berlin: Springer, 2004.
- 12. Kupershtokh A.L., Lazebryi D.B. Contact angles in the presence of an electrical field // J. of Phys.: Conf. Ser. 2020. 1675. 012106. P. 1–6. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1675/1/012106
- 13. Del Rio O.I., Neumann A.W. Axisymmetric drop shape analysis: computational methods for the measurement of interfacial properties from the shape and dimensions of pendant and sessile drops // J. of Colloid&Interface Sci. 1997. V. 196. № 2. P. 136–147.
- 14. Zholob S.A., Makievski A.V., Miller R., Fainerman V.B. Optimization of calculation methods for determination of surface tensions by drop profile analysis tensiometry // Advances in Colloid&Interface Sci. 2007. № 134. 135. P. 332–329.
- 15. Кармо М.П. Дифференциальная геометрия кривых и поверхностей. М.;Ижевск: Ин-т компьют. исслед., 2013. 608 с.
- 16. Новожилов В.В. Теория тонких оболочек. СПб.: Изд-во С.-Петерб. ун-та, 2010. 380 с.
- 17. Власов В.З., Леонтьев Н.Н. Балки, плиты и оболочки на упругом основании. М.: Физматгиз, 1960. 491 с.
- 18. Новацкий В. Теория упругости. М.: Мир, 1975. 872 с.
- 19. Холл Дж., Уатт Дж. Современные численные методы решения обыкновенных дифференциальных уравнений. М.: Мир, 1979. 312 с.
- 20. Деккер К., Вервер Я. Устойчивость методов Рунге–Кутты для жестких нелинейных дифференциальных уравнений. М.: Мир, 1988. 334 с.
