微小水滴撞击深水液池空腔运动的数值模拟及机理研究

作     者：裴传康 魏炳乾 Pei Chuan-Kang;Wei Bing-Qian

作者机构：西安理工大学省部共建西北旱区生态水利国家重点实验室西安710048 

出 版 物：《物理学报》 (Acta Physica Sinica)

年 卷 期：2018年第67卷第22期

页      面：323-331页

核心收录：

学科分类：080704[工学-流体机械及工程] 080103[工学-流体力学] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0704[理学-天文学] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金(批准号:51479163) 陕西水利科技计划(批准号:2014skj-14)资助的课题 

主　　题：水滴 深水液池 空腔运动 

摘      要：为了探究微米级微小水滴撞击深水液池运动中空腔的成长过程与机理,采用自适应网格技术和流体体积方法对撞击速度为2.5—6.5 m/s的微小水滴撞击深水液池的运动进行数值模拟研究,考察不同撞击速度下水滴撞击深水液池后的水体混掺、毛细波传播、空腔变形规律以及气泡截留过程,并深入探究空腔运动的动力学机制.研究结果表明,不同撞击速度下,在忽略毛细波作用、空腔深度h∈(D, h_(max))的前提下,空腔深度随时间的成长仍满足t∝h^(5/2)的关系;液滴撞击产生的空腔形状有U形和半球形两种,前者一般向V形转变,后者空腔底部会变为圆柱形,产生细长射流,并有可能发生气泡截留现象;在撞击速度较低时,低压区首先在空腔侧壁与底部交界处产生,随后在靠近液面以及空腔底部靠近中心区域各产生一个较大的涡环;在撞击速度较高,产生细长射流时,涡环的生成被抑制,低压区首先在波浪底部与侧壁上交界处产生,随后空腔底部变为圆柱状,空腔侧壁首先坍塌形成气泡截留.