液滴撞击液池所致被捕获空气盘的动力学研究

作     者：菅振 Murad Ali Channa Abderrahmane Kherbeche Hossain Chizari Sigurdur T.Thoroddsen Marie-Jean Thoraval 

作者单位：西安交通大学航天航空学院机械结构强度与振动国家重点实验室国际应用力学中心 Division of Physical Sciences and EngineeringKing Abdullah University of Science and Technology(KAUST) 

会议名称：《第十一届全国流体力学学术会议》

会议日期：2020年

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] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

关 键 词：液滴撞击 气泡 气体捕获 空气盘 涡脱落 

摘      要：液滴撞击液池过程中,一定量空气在液滴与液池间被捕获并形成空气圆盘,最终收缩为中心气泡。本文采用高速摄像实验技术和高精度数值模拟研究不同物性和撞击条件下,被捕获空气圆盘的收缩过程。揭示了被捕获空气圆盘收缩为中心气泡的动力学过程,发现了生成单一气泡、生成环状气泡、垂直分裂为两个子气泡等空气盘收缩的不同模态;定义了基于被捕获空气层平均厚度的局部Ohnesorge数Ohe,构建了基于Re数和We数的模态演化参数空间,建立了基于Ohe数的被捕获空气圆盘不同收缩模态间相互转化的无量纲标度率;提出了气泡垂直分裂的机理解释,发现对于低Ohe数的情况,被捕获空气层收缩过程中产生的涡脱落现象能阻止气泡的垂直分裂,并使气泡沿液滴撞击反方向上升或对抗浮力下降。