湍流中外涡对液滴的形变作用

本文从流体动能与液滴表面能交换的角度研究流体流动中的液滴形变。我们分析证明，这种能量交换仅由率应变张量对液滴表面的拉伸（或压缩）所控制。该机制类似于湍流中涡量场的拉伸。利用湍流动力学的非局部特性，我们引入一种新的分解方法，将液滴诱导的局部表面效应所引起的能量交换与湍流涨落的非局部作用分离开来。我们对各向同性湍流中单个惯性液滴进行直接数值模拟，表明表面能增量的重要部分来源于远离液滴表面（外涡）的涡对非局部拉伸流体-流体界面。我们指出，在液滴破碎发生的韦伯数范围内，该机制占主导且独立于表面动力学。这些发现为湍流中液滴形变与破碎提供了新认识，并为破碎模型的改进与简化开辟了途径。