Акустические течения в полусферической капле жидкости на вибрирующей подложке

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Рассчитано поле радиационных сил в малой полусферической капле, лежащей на твердой горизонтальной подложке. Силы формируются капиллярными колебаниями на свободной поверхности жидкости. Рассчитано и визуализировано акустическое течение, возбуждаемое радиационными силами.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

П. В. Лебедев-Степанов

НИЦ “Курчатовский институт”

Автор, ответственный за переписку.
Email: lebstep.p@crys.ras.ru

Отделение Институт кристаллографии им. А.В. Шубникова Курчатовского комплекса кристаллографии и фотоники

Россия, Москва

Список литературы

  1. Zhang P., Bachman H., Ozcelik A., Huang T.J. Acoustic Microfluidics // Annu. Rev. Anal. Chem. 2020. No 13. P. 17–43.
  2. Ding X., Li P., Lin S., Stratton Z., Nama N., Guo F., Slotcavage D., Mao X., Shi J., Costanzo F., Huang T.J. Surface acoustic wave microfluidics // Lab Chip. 2013. No 13. P. 3626–3649.
  3. Sarvazyan A.P., Rudenko O.V., Nyborg W.L. Biomedical applications of radiation force of ultrasound: Historical roots and physical basis // Ultrasound Med. Biol. 2010. V. 36. No 9. P. 1379–1394.
  4. Kokornaczyk M.O., Bodrova N.B., Baumgartner S. Diagnostic tests based on pattern formation in drying body fluids — A mapping review // Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. 2021. V. 208. P. 112092.
  5. Lebedev-Stepanov P.V., Buzoverya M.E., Vlasov K.O., Potekhina Yu.P. Morphological analysis of images of dried droplets of saliva for determination the degree of endogenous intoxication // J. Bioinform.Genomics. 2018. V. 9. P. 1–5.
  6. Lin S., Mao X., Huang T.J. Surface acoustic wave (SAW) acoustophoresis: now and beyond // Lab Chip. 2012. V. 12(16). P. 2766–2770.
  7. Augustsson P., Persson J., Ekström S., Ohlin M., Laurell T. Decomplexing biofluids using microchip based acoustophoresis // Lab Chip. 2009. V. 9(6). P. 810–818.
  8. Родченков В.И., Сергеев Д.А. Исследование течений в жидкости, индуцированных сфокусированным ультразвуковым полем, и их применение для воздействия на рост монокристаллов // ПМТФ. 2009. Т. 50. № 4. С. 11–17.
  9. Ершов В.П., Касьянов Д.А., Родченков В.И., Сергеев Д.А. Исследование процессов растворения и роста солевых монокристаллов в неоднородных акустических полях. 2. Сфокусированное акустическое поле // Кристаллография. 2008. Т. 53. № 2. С. 370–376.
  10. Karampelas I.H., Gómez-Pastora J., Cowan M.J., Bringas E., Ortiz I., Furlani E.P. Numerical Analysis of Acoustophoretic Discrete Particle Focusing in Microchannels // Biotech, Biomaterials and Biomedical TechConnect Briefs. 2017. V. 3. P. 174–177.
  11. Wu J., Du G. Acoustic radiation force on a small compressible sphere in a focused beam // J. Acoust. Soc. Am. 1990. V. 87(3). P. 997–1003.
  12. Руденко О.В., Коробов А.И., Коршак Б.А., Лебедев-Степанов П.В., Молчанов С.П., Алфимов М.В. Самосборка ансамблей коллоидных частиц в акустическом поле // Российские нанотехнологии. 2010. 7–8. С. 63–65.
  13. Rudenko O.V., Lebedev-Stepanov P.V, Gusev V.A., Korobov A.I., Korshak B.A., Odina N.I., Izosimova M.Yu., Molchanov S.P., Alfimov M.V. Control of self-assembly processes in droplet of colloidal solution by the acoustic field // Acoust. Phys. 2010. V. 56. No 6. P. 935–941.
  14. Parsa M., Harmand S., Sefiane K. Mechanisms of pattern formation from dried sessile drops // Advances in Colloid and Interface Science. 2018. V. 254. P. 22–47.
  15. Bacchin P., Brutin D., Davaille A. et al. Drying colloidal systems: Laboratory models for a wide range of Applications // Eur. Phys. J. E 2018. V. 41. P. 94.
  16. Giorgiutti-Dauphinу F., Pauchard L. Drying drops containing solutes: From hydrodynamical to mechanical instabilities // Eur. Phys. J. E. 2018. V. 41. P. 32.
  17. Лебедев-Степанов П.В. Введение в самоорганизацию и самосборку ансамблей наночастиц. М.: НИЯУ МИФИ, 2015. 304 с.
  18. Руденко О.В. О трех нелинейностях в физике акустических течений // Докл. Рос. Акад. наук. Физика, техн. науки. 2020. Т. 494. С. 35–41.
  19. Гусев В.А., Жарков Д.А. Акустические поля и радиационные силы, создаваемые стоячей поверхностной волной в слоистых вязких средах // Акуст. журн. 2022. Т. 68. № 6. С. 589–604.
  20. Лебедев-Степанов П.В., Руденко О.В. Акустические течения в слое жидкости на вибрирующей подложке // Акуст. журн. 2013. T 59. № 6. С. 693–697.
  21. Лебедев-Степанов П.В., Руденко О.В. Акусто-микрофлюидика: капиллярные волны и вихревые течения в цилиндрическом объеме жидкой капли // Акуст. журн. 2015. T. 61. № 2. С. 1–5.
  22. Лебедев-Степанов П.В., Руденко О.В. Акусто-микро-флюидика: капиллярные волны и вихревые течения в сферической жидкой капле // Акуст. журн. 2016. Т. 62. № 4. С. 408–411.
  23. Rudenko O.V., Soluyan S.I. Theoretical Foundations of Nonlinear Acoustics. N.-Y.: Plenum, Consultants Bureau, 1977. 274 pp.
  24. Lebedev-Stepanov P. Stokes flow of incompressible liquid through a conical diffuser with partial slip boundary condition // arXiv:2411.15853v2 [physics.flu-dyn]
  25. Barash L.Y., Bigioni T.P., Vinokur V.M., Shchur L.N. Evaporation and fluid dynamics of a sessile drop of capillary size // Phys. Rev. E 2009. V. 79. 046301.
  26. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Гидродинамика. М.: Наука, 1986. 736 с.
  27. Arfken G.B., Weber H.-J., Harris F.E. Mathematical methods for physicists: a comprehensive guide. Elsevier, 2012.
  28. Гусев В.А., Руденко О.В. Поля радиационных сил и акустические течения в жидком слое на твердом полупространстве // Акуст. журн. 2019. Т. 65. № 2. С. 166-181.
  29. Batchelor G.K. An introduction to fluid dynamics. Cambridge University Press. Cambridge, 2000.
  30. Barash L.Yu. Influence of gravitational forces and fluid flows on the shape of surfaces of a viscous fluid of capillary size // Phys. Rev. E 2009. V. 79. 025302.
  31. Савенко О.А., Степко А.С., Шевченко Н.Н., Кошкин А.В., Лебедев-Степанов П.В. Самосборка флуоресцентных фотонно-кристаллических структур в каплях бинарного растворителя вода-глицерин // Докл. Акад. наук. Физика, техн. науки. 2020. Т. 495. C. 26–33.
  32. Moon P., Spencer D.E. Field theory handbook Including coordinate systems, differential equations and their solutions. 2nd Edition. Springer-Verlag, 1971.
  33. Happel J., Brenner H. Low Reynolds number hydrodynamics with special applications to particulate media. Springer, 1983.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. (а) — Капля воды капиллярного размера на полистирольной подложке, (б) — геометрия капли на подложке: краевой угол θ0.

Скачать (1MB)
Метаданные
3. Рис. 2. Геометрия сферической системы координат, описывающей каплю на плоской подложке.

Скачать (370KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Силовые линии поля радиационных сил в капле.

Скачать (440KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Линии тока для акустического течения в капле.

Скачать (389KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025