Левитация некипящей капли над горячей жидкостью

Если каплю жидкости поместить на горячую поверхность, то между ними возможно образование паровой прослойки, которая будет удерживать каплю на весу (явление Лейденфроста). Для этого необходима достаточно высокая температура поверхности, так как слой пара должен быть больше размера шероховатостей твердой поверхности. В [1] исследовано подобное явление, происходящее над поверхностью жидкости, – левитация кипящей капли над горячим маслом. Капля удерживалась на весу при температуре поверхности, незначительно большей температуры кипения капли. В настоящей работе рассмотрено поведение капли одной жидкости над поверхностью другой, если температура последней меньше температуры кипения капли. Цель исследования – пронаблюдать левитацию капли и определить ее основные механизмы.

Была собрана установка, которая представляет собой электрическую плитку, подключенную к регулятору напряжения для поддержания постоянной температуры, со стоящим на ней калориметром. В калориметр налита вода, а в ней находится стаканчик с силиконовым маслом (ПМС-5). При помощи шприца капельки воды и изопропилового спирта помещаются вблизи поверхности масла. Все процессы фиксируются на камеру.

Капли могут находиться над поверхностью масла, не соприкасаясь с ней длительное время (до 15 мин для воды и до 2 минут для спирта). Радиус капли линейно уменьшается со временем за счет испарения. Падение висящей капли обусловлено не достижением ей критического размера, а другими факторами, например, неустойчивостью. При

фиксированных параметрах эксперимента время левитации капель существенно различается от опыта к опыту. Начальный радиус капли около 1 мм, в течение эксперимента он уменьшается в несколько раз.

Наши теоретические оценки показали, что основным механизмом поддержания левитации являются конвективные потоки, увлекающие воздух под каплю. В [2] показано, что этот механизм может удерживать неиспаряющуюся холодную каплю масла от слияния с такой же горячей жидкостью значительное время.

Литература:

• Цели
• Задачи
• Актуальность
• Результаты
• Применение
• Оборудование