搜索

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

液滴撞击液膜的射流与水花形成机理分析

梁刚涛 郭亚丽 沈胜强

引用本文:
Citation:

液滴撞击液膜的射流与水花形成机理分析

梁刚涛, 郭亚丽, 沈胜强

Analysis of liquid sheet and jet flow mechanism after droplet impinging onto liquid film

Liang Gang-Tao, Guo Ya-Li, Shen Sheng-Qiang
PDF
导出引用
  • 建立了单液滴撞击平面液膜的物理与数学模型, 采用Coupled Level Set and Volume of Fluid方法对这种现象进行了数值模拟, 探讨了黏度和表面张力对冠状水花形态的影响. 通过分析撞击后液体内部的压力和速度分布, 揭示了液滴颈部射流的产生机理, 验证了Yarin 和Weiss提出的运动间断理论. 研究显示, 表面张力对冠状水花形态的影响远大于黏度的影响. 颈部射流的产生主要是由于撞击后颈部区域局部较大压差造成的, 随着撞击过程的继续, 压差作用减弱; 液膜内流体的径向运动对射流发展成冠状水花具有推动作用.
    Physical and mathematical models are established to simulate the phenomenon of single droplet impinging onto flat liquid film by using the coupled level set and volume of fluid method, and influences of viscosity and surface tension on the morphology of the crown liquid sheet are discussed. Besides, the mechanism of jet flow in the neck region is revealed and the theory of kinematic discontinuity proposed by Yarin and Weiss is verified by analyzing the distributions of pressure and velocity after impingement. The research result shows that the effect of surface tension on the crown morphology is far stronger than that of viscosity. Generation of jet flow is due to the higher pressure difference, the effect of which becomes weak with impact evolution and the jet flow is developed into the crown gradually with the help of radial flow in the liquid film.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 51176017, 50976016)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 51176017, 50976016)
    [1]

    Cossali G E, Coghe A, Marengo M 1997 Exp. Fluids 22 463

    [2]

    Vander Wal R, Berger G, Mozes S 2006 Exp. Fluids 40 53

    [3]

    Vander Wal R, Berger G, Mozes S 2006 Exp. Fluids 40 33

    [4]

    Yarin A L, Weiss D A 1995 J. Fluid Mech. 283 141

    [5]

    Guo J H, Dai S Q, Dai Q 2010 Acta Phys. Sin. 59 2601 (in Chinese) [郭加宏, 戴世强, 代钦 2010 物理学报 59 2601]

    [6]

    Wang A B, Chen C C 2000 Phys. Fluids 12 2155

    [7]

    Fedorchenko A I, Wang A B 2004 Phys. Fluids 16 1349

    [8]

    Yan Y H, Shi Z Y, Yang F, Chen H X 2008 J. Shanghai University (Nat. Sci.) 14 399 (in Chinese) [严永华, 石自媛, 杨帆, 陈红勋 2008 上海大学学报(自然科学版) 14 399]

    [9]

    Zhou Y, Guo J H, Chen H X 2010 Chi. J. Comput. Phys. 27 31 (in Chinese) [周轶, 郭加宏, 陈红勋 2010 计算物理 27 31]

    [10]

    Ma L Q, Chang J Z, Liu H T, Liu M B 2012 Acta Phys. Sin. 61 054701 (in Chinese) [马理强, 常建忠, 刘汉涛, 刘谋斌 2012 物理学报 61 054701]

    [11]

    Xie H, Koshizuka S, Oka Y 2004 Int. J. Numer. Meth. Fluids 45 1009

    [12]

    Shen S Q, Li Y, Guo Y L 2009 J. Eng. Thermophys. 30 2116 (in Chinese) [沈胜强, 李燕, 郭亚丽 2009 工程热物理学报 30 2116]

    [13]

    Lee S, Hur N, Kang S 2011 J. Mech. Sci. Technol. 25 2567

    [14]

    Song Y C, Wang C H, Ning Z 2011 Trans. Chi. Soc. Agric. Mach. 42 26 (in Chinese) [宋云超, 王春海, 宁智 2011 农业机械学报 42 26]

    [15]

    Sussman M, Puckett E G 2000 J. Comput. Phys. 162 301

    [16]

    Wang C H 2011 M. S. Dissertation (Beijing Jiaotong University) [王春海 2011 硕士学位论文 (北京:北京交通大学)]

    [17]

    Tomar G, Biswas G, Sharma A, Agrawal A 2005 Phys. Fluids 17 112103

    [18]

    Ohta M, Hashimoto K, Naito K, Matsuo Y, Sussman M 2012 J. Chem. Eng. Jpn. 45 102

    [19]

    Liang G T, Shen S Q, Yang Y 2012 J. Therm. Sci. Technol. 11 8 (in Chinese) [梁刚涛, 沈胜强, 杨勇 2012 热科学与技术 11 8]

    [20]

    Brackbill J U, Kothe D B, Zemach C 1992 J. Comput. Phys. 100 335

    [21]

    Youngs D L 1982 Numerical Methods for Fluid Dynamics (1st Ed.) (New York: Academic Press) p273-285

    [22]

    Liu W 2011 M. S. Dissertation (Nanjing University of Aeronautics and Astronautics) (in Chinese) [刘威 2011 硕士学位论文 (南京: 南京航空航天大学)]

    [23]

    Thoroddsen S T 2002 J. Fluid Mech. 451 373

    [24]

    Roisman I V, Tropea C 2002 J. Fluid Mech. 472 373

    [25]

    Trujillo M F, Lee C F 2001 Phys. Fluids 13 2503

    [26]

    Rieber M, Frohn A 1999 Int. J. Heat Fluid Flow 20 455

  • [1]

    Cossali G E, Coghe A, Marengo M 1997 Exp. Fluids 22 463

    [2]

    Vander Wal R, Berger G, Mozes S 2006 Exp. Fluids 40 53

    [3]

    Vander Wal R, Berger G, Mozes S 2006 Exp. Fluids 40 33

    [4]

    Yarin A L, Weiss D A 1995 J. Fluid Mech. 283 141

    [5]

    Guo J H, Dai S Q, Dai Q 2010 Acta Phys. Sin. 59 2601 (in Chinese) [郭加宏, 戴世强, 代钦 2010 物理学报 59 2601]

    [6]

    Wang A B, Chen C C 2000 Phys. Fluids 12 2155

    [7]

    Fedorchenko A I, Wang A B 2004 Phys. Fluids 16 1349

    [8]

    Yan Y H, Shi Z Y, Yang F, Chen H X 2008 J. Shanghai University (Nat. Sci.) 14 399 (in Chinese) [严永华, 石自媛, 杨帆, 陈红勋 2008 上海大学学报(自然科学版) 14 399]

    [9]

    Zhou Y, Guo J H, Chen H X 2010 Chi. J. Comput. Phys. 27 31 (in Chinese) [周轶, 郭加宏, 陈红勋 2010 计算物理 27 31]

    [10]

    Ma L Q, Chang J Z, Liu H T, Liu M B 2012 Acta Phys. Sin. 61 054701 (in Chinese) [马理强, 常建忠, 刘汉涛, 刘谋斌 2012 物理学报 61 054701]

    [11]

    Xie H, Koshizuka S, Oka Y 2004 Int. J. Numer. Meth. Fluids 45 1009

    [12]

    Shen S Q, Li Y, Guo Y L 2009 J. Eng. Thermophys. 30 2116 (in Chinese) [沈胜强, 李燕, 郭亚丽 2009 工程热物理学报 30 2116]

    [13]

    Lee S, Hur N, Kang S 2011 J. Mech. Sci. Technol. 25 2567

    [14]

    Song Y C, Wang C H, Ning Z 2011 Trans. Chi. Soc. Agric. Mach. 42 26 (in Chinese) [宋云超, 王春海, 宁智 2011 农业机械学报 42 26]

    [15]

    Sussman M, Puckett E G 2000 J. Comput. Phys. 162 301

    [16]

    Wang C H 2011 M. S. Dissertation (Beijing Jiaotong University) [王春海 2011 硕士学位论文 (北京:北京交通大学)]

    [17]

    Tomar G, Biswas G, Sharma A, Agrawal A 2005 Phys. Fluids 17 112103

    [18]

    Ohta M, Hashimoto K, Naito K, Matsuo Y, Sussman M 2012 J. Chem. Eng. Jpn. 45 102

    [19]

    Liang G T, Shen S Q, Yang Y 2012 J. Therm. Sci. Technol. 11 8 (in Chinese) [梁刚涛, 沈胜强, 杨勇 2012 热科学与技术 11 8]

    [20]

    Brackbill J U, Kothe D B, Zemach C 1992 J. Comput. Phys. 100 335

    [21]

    Youngs D L 1982 Numerical Methods for Fluid Dynamics (1st Ed.) (New York: Academic Press) p273-285

    [22]

    Liu W 2011 M. S. Dissertation (Nanjing University of Aeronautics and Astronautics) (in Chinese) [刘威 2011 硕士学位论文 (南京: 南京航空航天大学)]

    [23]

    Thoroddsen S T 2002 J. Fluid Mech. 451 373

    [24]

    Roisman I V, Tropea C 2002 J. Fluid Mech. 472 373

    [25]

    Trujillo M F, Lee C F 2001 Phys. Fluids 13 2503

    [26]

    Rieber M, Frohn A 1999 Int. J. Heat Fluid Flow 20 455

  • [1] 沈学峰, 曹宇, 王军锋, 刘海龙. 剪切变稀液滴撞击不同浸润性壁面的数值模拟研究. 物理学报, 2020, 69(6): 064702. doi: 10.7498/aps.69.20191682
    [2] 赵可, 佘阳梓, 蒋彦龙, 秦静, 张振豪. 液氮滴撞击壁面相变行为的数值研究. 物理学报, 2019, 68(24): 244401. doi: 10.7498/aps.68.20190945
    [3] 荣松, 沈世全, 王天友, 车志钊. 液滴撞击加热壁面雾化弹起模式及驻留时间. 物理学报, 2019, 68(15): 154701. doi: 10.7498/aps.68.20190097
    [4] 杨亚晶, 梅晨曦, 章旭东, 魏衍举, 刘圣华. 液滴撞击液膜的穿越模式及运动特性. 物理学报, 2019, 68(15): 156101. doi: 10.7498/aps.68.20190604
    [5] 吕明, 宁智, 阎凯. 线性与非线性稳定性理论下液体射流空间发展的对比研究. 物理学报, 2016, 65(16): 166801. doi: 10.7498/aps.65.166801
    [6] 黄虎, 洪宁, 梁宏, 施保昌, 柴振华. 液滴撞击液膜过程的格子Boltzmann方法模拟. 物理学报, 2016, 65(8): 084702. doi: 10.7498/aps.65.084702
    [7] 谷云庆, 牟介刚, 代东顺, 郑水华, 蒋兰芳, 吴登昊, 任芸, 刘福庆. 基于蚯蚓背孔射流的仿生射流表面减阻性能研究. 物理学报, 2015, 64(2): 024701. doi: 10.7498/aps.64.024701
    [8] 王松岭, 刘梅, 王思思, 吴正人. 随时间变化的非平整壁面对液膜表面波演化特性的影响. 物理学报, 2015, 64(1): 014701. doi: 10.7498/aps.64.014701
    [9] 白玲, 李大鸣, 李彦卿, 王志超, 李杨杨. 基于范德瓦尔斯表面张力模式液滴撞击疏水壁面过程的研究. 物理学报, 2015, 64(11): 114701. doi: 10.7498/aps.64.114701
    [10] 戴剑锋, 樊学萍, 蒙波, 刘骥飞. 单液滴撞击倾斜液膜飞溅过程的耦合Level Set-VOF模拟. 物理学报, 2015, 64(9): 094704. doi: 10.7498/aps.64.094704
    [11] 沈胜强, 张洁珊, 梁刚涛. 液滴撞击加热壁面传热实验研究. 物理学报, 2015, 64(13): 134704. doi: 10.7498/aps.64.134704
    [12] 郭亚丽, 魏兰, 沈胜强, 陈桂影. 双液滴撞击平面液膜的流动与传热特性. 物理学报, 2014, 63(9): 094702. doi: 10.7498/aps.63.094702
    [13] 李春曦, 裴建军, 叶学民. 倾斜粗糙壁面上含不溶性活性剂溶液的动力学特性. 物理学报, 2013, 62(21): 214704. doi: 10.7498/aps.62.214704
    [14] 沙莎, 陈志华, 薛大文. 激波冲击R22重气柱所导致的射流与混合研究. 物理学报, 2013, 62(14): 144701. doi: 10.7498/aps.62.144701
    [15] 何峰, 王志军, 黄义辉, 叶鹏, 王锦程. 存在液膜的毛细蒸发过程研究. 物理学报, 2013, 62(24): 246401. doi: 10.7498/aps.62.246401
    [16] 梁刚涛, 沈胜强, 郭亚丽, 陈觉先, 于欢, 李熠桥. 实验观测液滴撞击倾斜表面液膜的特殊现象. 物理学报, 2013, 62(8): 084707. doi: 10.7498/aps.62.084707
    [17] 梁刚涛, 郭亚丽, 沈胜强. 液滴低速撞击润湿球面现象观测分析. 物理学报, 2013, 62(18): 184703. doi: 10.7498/aps.62.184703
    [18] 马理强, 刘谋斌, 常建忠, 苏铁熊, 刘汉涛. 液滴冲击液膜问题的光滑粒子动力学模拟. 物理学报, 2012, 61(24): 244701. doi: 10.7498/aps.61.244701
    [19] 郭加宏, 戴世强, 代钦. 液滴冲击液膜过程实验研究. 物理学报, 2010, 59(4): 2601-2609. doi: 10.7498/aps.59.2601
    [20] 王 琛, 方智恒, 孙今人, 王 伟, 熊 俊, 叶君建, 傅思祖, 顾 援, 王世绩, 郑无敌, 叶文华, 乔秀梅, 张国平. 利用X射线激光进行激光等离子体射流的诊断. 物理学报, 2008, 57(12): 7770-7775. doi: 10.7498/aps.57.7770
计量
  • 文章访问数:  6961
  • PDF下载量:  1898
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2012-05-25
  • 修回日期:  2012-07-01
  • 刊出日期:  2013-01-05

/

返回文章
返回