水滴撞击液膜过程携卷气泡的机理研究
Abstract
<p indent="0mm">水滴撞击液膜是普遍存在于大自然和工业应用之中的物理现象, 对其开展基础研究具有重要的科学意义和工程应用价值. 本文针对水滴撞击液膜瞬态物理过程开展实验与数值模拟研究, 特别关注飞溅液冠闭合后产生大尺度气泡的影响因素和力学机理. 首先, 利用高速摄影技术捕捉携卷气泡全过程; 然后, 联合有限体积法和流体体积法(VoF)建立了不可压缩两相流数值计算模型. 研究发现, 韦伯数和无量纲液膜厚度均是影响是否产生大尺度气泡的重要参数, 本文首次提出了产生大尺度气泡的临界判别条件, 同时给出了不同参数范围内产生气泡的概率. 数值研究表明, 水面飞溅液冠内侧的空气中不断形成涡环, 并逐步向空穴底部运动, 涡核位置的局部压力大幅下降, 进而促进液冠的闭合运动和气泡的形成, 传统的伯努利方程会明显低估涡量集中区域的压降值. 最后, 气液密度比<italic>α</italic>是另一个影响气泡形成的因素, 随着<italic>α</italic>的增大, 液冠运动速度显著加快, 更易于形成气泡.</p>
