亚毫米球体撞击液滴过程实验研究

摘要：

球体撞击液面是自然界和工业过程中的普遍现象. 目前相关研究主要关注毫米级及更大尺寸球体撞击水平液面. 对于亚毫米球体撞击过程的动力学特性及液滴弯曲液面对撞击行为的影响仍需深入研究. 本研究基于高速显微数码摄像技术, 开展了不同速度亚毫米球体撞击液滴不同位置的实验研究. 撞击行为呈现振荡和浸入两种模式. 由于液滴弯曲液面的存在, 撞击现象与水平液面不同, 润湿过程中三相接触线 (three phase contact line, TPCL)固定点方位角与撞击角度线性正相关, 非轴对称的空穴在TPCL固定点较高一侧率先形成且曲率半径较大. 揭示了撞击过程中球体主导力变化和能量转化机制. 分析了撞击速度和撞击角度对撞击行为的影响,并给出了撞击模式图. 结果表明: 冲击阶段形状阻力主导撞击行为, 球体动能损耗量与撞击速度正相关. 空穴发展阶段由表面张力主导, 球体动能转化为维持空穴形状的表面能. 振荡模式空穴长度与韦伯数We正相关, 空穴发展速度差异较小. 根据量纲分析及实验结果拟合得到临界浸入韦伯数Wecr与撞击角度α关系式We1/2cr = α/40.

关键词：亚毫米球体;液滴;撞击;三相接触线;表面张力

所属期刊栏目：53

分类号：O363.2

资助基金：国家自然基金资助项目51806087

在线出版日期：2021-11-25（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共7页

页码：2745-2751