亚 Hinze 尺度气泡由湍流气泡破碎产生的实验观测与建模
流体动力学
2022-11-24 v2
摘要
我们展示了尺度相对于 Hinze 尺度 （即湍流应力与表面张力相平衡的尺度）跨度很大的大气腔在湍流中解体的实验。对于初始尺寸 远大于 （探测至 ）的气腔，小于 的气泡尺寸分布遵循 ，其中 为气泡直径。大泡变形中所涉及的细丝的毛细不稳定性在视觉上被表明是产生小气泡的原因。转向对单个破碎事件的动态三维测量，我们描述了破碎子泡尺寸分布以及所形成的子泡数目随 的函数关系。接着，为模拟由湍流气泡破碎产生的气泡群的演化，我们提出了一个群体平衡框架，其中破碎涉及两个物理过程：设定大子泡尺寸的父泡惯性变形，以及设定小子泡尺寸的毛细不稳定性。采用蒙特卡洛方法构建子泡尺寸分布，其模拟的随机破碎受我们的实验测量以及对毛细作用在小气泡产生中角色的理解所约束。该方法重现了大气腔在湍流中解体时气泡尺寸分布的实验时间演化。
引用
@article{arxiv.2202.07528,
title = {Experimental observations and modeling of sub-Hinze bubble production by turbulent bubble break-up},
author = {Daniel J. Ruth and Aditya K. Aiyer and Aliénor Rivière and Stéphane Perrard and Luc Deike},
journal= {arXiv preprint arXiv:2202.07528},
year = {2022}
}