Перемещение контактной линии капли водного раствора этилового спирта по структурированной поверхности

ПРИМАК А.Д., ПОНОМАРЕВ К.О., ТПУ, г. Томск

Науч. рук. ассистент ОРЛОВА Е.Г.

Растекание капли по поверхности подложки применяется в различных технологиях: системы капельного и спрейного охлаждения, сушка различных материалов, нанесение покрытий. Растекания капли характеризуется двумя наиболее важными параметрами: скоростью перемещения контактной линии (КЛ) и динамическим контактным углом (ДКУ). Для системы «жидкость-воздух-твердое тело» известен еще один параметр – гистерезис контактного угла, равный разности наступающего и отступающего ДКУ. Причиной возникновения последнего может быть шероховатость поверхности, ее гетерогенность. Этот параметр требует изучения ввиду того, что известные исследования проводились либо на гладкой, либо на поверхностях с упорядоченной структурой. Экспериментальные исследования растекания капель на поверхностях материалов, использующихся в промышленности (с хаотичным микрорельефом), проводились крайне редко.

Целью данной работы является установление закономерностей растекания капли водного раствора этилового спирта по структурированной поверхности твердой подложки.

Для проведения исследований использовался оптический теневой метод, подробно описанный в [1]. Вынужденное растекание реализовывалось с помощью системы подачи жидкости, состоящей из высокоточного шприцевого насоса Cole Parmer и медного канала, соединяющего насос с отверстием в твердой подложке. Насос работал в двух режимах – натекания и оттекания, в процессе которых был измерен наступающий и отступающий ДКУ и диаметр капли. В качестве жидкости использовался 49 % водный раствор этилового спирта. Структура поверхности алюминиевого сплава (АМГ-6, ГОСТ 21488-97) создавалась с помощью лазерной обработки (мощность лазера 50 %). Объем капли составлял 0,1 мл, расход жидкости – 0,05, 0,07, 0,09 и 0,11 мл/с.

На рисунке 1 представлены зависимости ДКУ и контактного диаметра от времени процессов нагнетания и откачивания жидкости при расходе 0,07 мл/с.

Рис. 1. Изменение ДКУ и контактного диаметра во времени при расходе жидкости 0,07 мл/с	Рис. 2. Зависимость ДКУ от скорости перемещения КЛ для всех расходов жидкости

Установлено, что при нагнетании жидкости контактный диаметр растет, наступающий ДКУ возрастает непродолжительное время, затем уменьшается. Режим откачивания жидкости сопровождается незначительным увеличением контактного диаметра (2,5 с). На завершающей стадии откачивания (в течение 2 с) наблюдается пиннинг КЛ, т.е. диаметр практически не изменяется. ДКУ уменьшается незначительно. При исследовании воды [1] обнаружено уменьшение диаметра в режиме откачивания. Такое расхождение, скорее всего, связано с тем, что значение поверхностного натяжения раствора меньше, чем у воды. Именно поэтому КЛ двигалась в сторону увеличения диаметра, о чем свидетельствуют положительные значения скорости (рис. 2).

Гистерезис контактного угла составляет 15° (рис.2) и не зависит от расхода подаваемой жидкости.

Работа поддержана грантом Президента Российской Федерации для государственной поддержки молодых российских ученых – кандидатов наук (MK-6810.2016.8).

Литература

1. G. Kuznetsov, D. Feoktistov, E. Orlova. Contact angle hysteresis of a drop spreading over metal surfaces // MATEC Web of Conferences 84, 00019 (2016).

УДК 536.2:66.02