椭圆形变微小水滴撞击深水液池运动大型气泡夹带机理

作     者：裴传康 魏炳乾 左娟莉 杨泓 Pei Chuan-Kang;Wei Bing-Qian;Zuo Juan-Li;Yang Hong

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 

出 版 物：《物理学报》 (Acta Physica Sinica)

年 卷 期：2019年第68卷第20期

页      面：197-208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] 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:11605136)资助的课题 

主　　题：水滴 深水液池 气泡夹带 

摘      要：在微小水滴撞击深水液池运动中,水滴在下降过程中产生的外形振荡对后续空腔产生及气泡夹带有极大影响.因此,本文假定5种不同宽高比(AR)的微小变形水滴,采用自适应网格技术和体积函数方法对其运动过程进行数值模拟,并详细探究不同撞击速度和水滴形变对撞击后空腔变形坍缩过程、涡环的发展以及气泡夹带的影响.研究结果表明,在较高撞击速度下(Fr=112.5, We=145, Re=1740, V_i=6 m/s), AR=1.33下的长椭圆形变水滴与液池聚合并产生大型气泡夹带.大型气泡截留过程主要由水滴撞击时颈部自由面下产生的涡环控制,涡环裹挟自由界面形成滚动射流,最终射流接触夹带大型气泡.在气泡截留后期,腔内气旋推动侧壁向外拓展,有效增大了气泡体积.在撞击初期阶段,液滴形状越扁,水滴与液池颈部射流曲率越大,生成涡环强度越大.但扁椭圆水滴生成涡环距离自由面过近,界面的早期拉动破坏了涡环强度,因此涡环衰减也相对较快.