通過實(shí)驗(yàn)研究了超聲振動曲面上液滴碰撞的動力學(xué)行為。對邊緣飛濺、表面飛濺以及毛細(xì)波、空化和子液滴回彈等復(fù)雜物理現(xiàn)象的產(chǎn)生機(jī)理和條件進(jìn)行了分析,得到了超聲振動曲面上發(fā)生邊緣飛濺的臨界曲線,并發(fā)現(xiàn)由于氣動力的作用,超聲振動曲面上發(fā)生邊緣飛濺的臨界超聲振幅要小于平面情況。利用圖像處理技術(shù)得到了不同條件下超聲振動曲面對碰撞液滴的驅(qū)離效率以及飛濺液滴的尺寸分布。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:碰撞液滴的驅(qū)離效率隨振動曲面超聲振幅的增大而增大,且呈線性增長;在高速碰撞中,碰撞速度幾乎不影響超聲振動曲面的液滴驅(qū)離效率;隨著超聲振幅的增加,飛濺液滴的平均尺寸增加。通過常溫液滴與過冷液滴的碰撞實(shí)驗(yàn)對比,發(fā)現(xiàn)溫度對超聲振動曲面上液滴的動態(tài)碰撞過程影響較小。在過冷條件下,液滴驅(qū)離效率會略低于常溫條件下,但仍能夠持續(xù)有效地將液滴驅(qū)離表面,從而抑制冰層的增厚,說明超聲振動曲面具有防水防冰的應(yīng)用潛能。 

【文章來源】：實(shí)驗(yàn)流體力學(xué). 2020,34(04)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

不同條件下的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖

液滴碰撞超聲振動曲面時(shí)會發(fā)生2種飛濺模式：表面飛濺和邊緣飛濺。如前文所述，毛細(xì)波假設(shè)和空化假設(shè)是2種超聲霧化的產(chǎn)生機(jī)理。目前，大量的研究都證實(shí)了表面毛細(xì)波的Faraday不穩(wěn)定性是液滴表面產(chǎn)生飛濺的主要影響因素[11-12]。然而，關(guān)于空化作用對液滴表面飛濺的影響效應(yīng)尚未明確，只有部分學(xué)者通過飛濺的衛(wèi)星液滴的速度或者聲致發(fā)光現(xiàn)象間接證明了潰滅空泡的存在，并無直接證據(jù)證明空化氣泡的存在。在本研究中，除了表面的毛細(xì)波之外，在一定條件下，通過高速攝影圖片還觀察到了液滴內(nèi)部大量空化氣泡的出現(xiàn)，如圖2(b）所示，這也直接證明了液滴碰撞超聲振動表面過程中，空化作用是影響液滴表面飛濺的重要因素之一。在超聲振動振幅較小的情況下，不管是在液滴鋪展階段還是穩(wěn)定階段，液滴表面都會形成均勻的毛細(xì)波并在波峰處發(fā)生射流破碎，從而形成表面飛濺且飛濺的衛(wèi)星液滴尺寸較為均勻，如圖3(a）所示。當(dāng)超聲振動振幅較大時(shí)，在液滴內(nèi)部會產(chǎn)生大量的空化氣泡并迅速潰滅，從而導(dǎo)致表面毛細(xì)波非均勻分布；另外，由于氣泡潰滅釋放大量能量，在毛細(xì)波波峰射流破碎的同時(shí)伴隨一些飛濺速度極高的小液滴，如圖3(b）所示。

在超聲振動振幅較小的情況下，不管是在液滴鋪展階段還是穩(wěn)定階段，液滴表面都會形成均勻的毛細(xì)波并在波峰處發(fā)生射流破碎，從而形成表面飛濺且飛濺的衛(wèi)星液滴尺寸較為均勻，如圖3(a）所示。當(dāng)超聲振動振幅較大時(shí)，在液滴內(nèi)部會產(chǎn)生大量的空化氣泡并迅速潰滅，從而導(dǎo)致表面毛細(xì)波非均勻分布；另外，由于氣泡潰滅釋放大量能量，在毛細(xì)波波峰射流破碎的同時(shí)伴隨一些飛濺速度極高的小液滴，如圖3(b）所示。因此，本文驗(yàn)證了毛細(xì)波假設(shè)和空化假設(shè)同時(shí)作用于液滴在碰撞超聲振動表面過程中的表面飛濺。毛細(xì)波波峰的射流破碎是形成次級衛(wèi)星液滴的主要原因，而空化現(xiàn)象的出現(xiàn)會導(dǎo)致毛細(xì)波的非均勻分布并且大大加快液滴飛濺的速度[27]。


本文編號：3382154