固定球形液滴上的流动：由内部流分叉引起的轴对称性破缺

对固定球形液滴在均匀流中的流动进行直接数值模拟，以确定轴对称流失稳的参数范围。该问题由三个无量纲参数控制：液滴相对流体的动力黏度比、$\mu^*$，以及外部和内部雷诺数 $\Rey^e$ 和 $\Rey^i$，后者分别使用外部和内部流体的运动黏度定义。本研究确认，在低至中等黏度比范围内，轴对称流由于内部流不稳定而失去轴对称性。在分叉的初始阶段，外部流保持轴对称，而不对称性仅在液滴内部生成并增长。随着扰动向外传播，整个流场首先转化为双平面对称流，其特征为导流方向上两对反旋转的湍流涡核。对流场的详细分析揭示，液滴界面内部侧的涡旋正在驱动流动不稳定。具体而言，仅当最大内部涡旋超过随 $\Rey^i$ 增大而降低的临界值时，分叉才会发生。对于足够大的 $\Rey^i$，内部流分叉可在黏度比 $\mu^* = O(10)$ 时发生，这比此前报告的值高出一个数量级。最后，我们证明了固定液滴在均匀流中的内部流分叉与在静止液体中自由上升的黏度比 $\mu^*$ 为低至中等值的浮力可变形液滴经历的第一路径不稳定密切相关。