声致液滴失稳动力学研究

作     者：刘贺 杨亚晶 唐玉凝 魏衍举 Liu He;Yang Ya-Jing;Tang Yu-Ning;Wei Yan-Ju

作者机构：西安交通大学能源与动力工程学院西安710049 西安交通大学航天学院机械结构强度与振动国家重点实验室西安710049 

出 版 物：《物理学报》 (Acta Physica Sinica)

年 卷 期：2024年第73卷第20期

页      面：220-230页

核心收录：

学科分类：07[理学] 0702[理学-物理学] 

基　　金：国家自然科学基金(批准号:52176128)资助的课题 

主　　题：超声驻波 液滴 失稳 动力学 

摘      要：声场中液滴稳定性理论的完善对超声雾化技术和超声悬浮技术的发展具有重要价值.本文通过实验、理论、数值模拟相结合的方式,研究了驻波声场(19.8 kHz)中的液滴失稳现象及其动力学机制.结果表明,随着声场强度的增大,液滴失稳模式由圆盘失稳转变为边缘锐化失稳,更重要的是,液滴在失稳过程中其赤道面扩张加速度存在自发增大的现象.经分析,本文揭示了液滴变形过程中其赤道处声辐射负压与长径比之间的正反馈机制,前者与后者的二次方成正比,阐明了液滴自加速失稳的形成原因.之后,建立了包含表面张力和考虑正反馈机制的声辐射压力的液滴界面平衡方程,最终得到了声致液滴失稳的无量纲判据,即当声韦伯数Wea≤1时,液滴界面保持平衡;Wea1时,赤道声吸力大于表面张力,液滴发生失稳,该理论判据与实验结果吻合良好.