气体黏性对两相混合层界面不稳定性发展的影响

平行气体与液体射流之间两相混合层的界面不稳定性对两相雾化具有重要意义。根据入流条件和流体物性的不同，界面不稳定性可以是对流不稳定性或绝对不稳定性。本研究旨在探讨气体黏性对界面不稳定性的影响。本文进行了界面解析模拟和线性稳定性分析（LSA）。在 LSA 中，求解 Orr-Sommerfeld 方程以分析时空黏性模式。当气体黏性降低时，Reynolds 数（$\text{Re}$）相应增加。LSA 表明，当 $\text{Re}$ 高于某一临界阈值时，不稳定性从绝对不稳定性向对流不稳定性（A/C）转换。这种由 $\text{Re}$ 诱导的 A/C 转换在数值模拟中也被观察到，尽管模拟中观察到的临界 Re 显著低于 LSA 的预测值。LSA 结果表明，时间增长率随 Re 的增加而减小。当增长率降至零时，将发生 A/C 转换。这种由 Re 诱导的 A/C 转换在受限与不受限混合层中，以及在低和高气液密度比的情况下均被观察到。在从典型绝对不稳定性向对流不稳定性转换的过程中，模拟中识别出一种弱绝对不稳定性状态，其频谱图同时显示出绝对模式和对流模式。弱绝对不稳定性状态下的主频可能受入口处引入的扰动影响。模拟结果还表明，波传播速度在空间上可变。在绝对不稳定性状态下，波传播速度在入口附近与绝对模式波速吻合良好，并在更下游处增加至 Dimotakis 速度。