Введение к работе
. Актуальность. Многие процессы, имеющие важное практическое значение, связаны с явлением смачивания. Несмотря на то, что исследование подобных процессов началось почти два века назад с пионерских работ Юнга и Лапласа, некоторые ф\тщаментальные проблемы находят свое решение только в последнее время. Основная трудность в изучении явлений, в которых проявляется смачивание, заключается в том, что смачивание сопровождается большим количеством различных, физико-химических процессов, поэтому для построения адекватной модели необходимо учитывать разнообразные явления (например, такие, как гоменение физико-химических свойств веществ и т.д.), приводящие к значительному усложнению модели. Поэтому при теоретическом анализе неизбежна идеализация процесса с выделением явлений, представляющігх интерес для исследования.
Данная работа посвящена описанию гидродинамических процессов, сопровождающихся явлением смачивания. Основой для построения модели являются результаты известных экспериментальных и теоретических исследовании, свіщетельствуюіщгх о влиянии дополнительных сил, связанных с взаимодействием коїгшспгоуіощігх фаз, что приводит к изменению давления в тонких слоях жидкости по сравнению с объемной фазой. Природа подобных сил достаточно хорошо изучена и это позволяет естественно учесть их в классических уравнениях гидродинамики. В результате, даже при очень простых предположениях, процесс смачиваїіия описывается нелинейными дифференциальными уравнениями в частных производных, упрощение которых, по-видимому, принципиально невозможно.
Цель работы. Создание методики описання явления смачішашія, построение модели растекания жидкости при наличии смачивания и разработка методов для проведения численных экспериментов по гидродинамике смачивания. Научная новизна. В диссертации:
- получено выражение, аппроксимирующее зависимость расклинивающего давления в жидкости от толщины и угла наклона свободной поверхности жидкости с учетом возможного изменения концентрации молекул жидкости вблизи
твердой поверхности. С использованием этого выражения исследована форма стационарного жидкого слоя. Частными случаями являются клиновидная пленка и тонкая однородная пленка, покрывающая поверхность твердого тела и находящаяся в равновесии с объемной фазой;
впервые численно исследована динамика распада жидкой пленки ыа отдельные каплі!;
впервые проведено моделирование динамики движения капли по поверхности твердого тела под действием массовой сдвигающей силы;
- обнаружено явление, заключающееся в существованші скорости устано
вившегося движения кайли под воздействием сдвигающей силы, исследованы
возможные решения типа "простой волны"; подтверждено существование явле
ния изменение знака кривизны профиля жидкости в области малых толщин;
- предложена и апробирована методика численного решения нелшейного диф
ференциального уравнения в частных производных четвертого порядка эволю
ционного типа, описывающего процесс растекания при смачивании.
Научная и практическая значимость. В диссертации впервые в замкнутом виде
численно моделируется гидродинамика смачивания при неполном (частичном)
смачивашт. Проведенное исследование способствует дальнейшему уточнению
механизмов смачивания, выяснению роли пространственного взаимодействия
молекул веществ и влияния различных факторов на динамику смачивания. По
строенная модель может служить основой для прогнозирования смачивания, а
также и для построения более усложненных моделей с учетом дополнительных
экспериментальных данных.
Апробация работы. Основные результаты докладывались на конференциях: Актуальные проблемы фундаментальных наук: международ, научно-технич. конференция. Москва: МГТУ им.Н.Э.Баумана, 1991 г.; Моделирование и исследование устойчивости систем. Международная научно-техштческая конференция. Киев, 1997 г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 3 работы. Структура и объем работы. Диссертация состоит го введения, четырех глав, приложения, списка літратурьі (68 наименований); объем: 134 страницы и 32
5 рисунка.