气体密度影响微流体射流撞击深池时从毛细塌缩到表面封口的转变
流体动力学
2023-10-31 v1
摘要
液体射流撞击深液池的研究对众多工程和环境应用具有重要意义。在射流撞击过程中，液池自由表面发生变形并产生空腔。同时，空腔自由表面径向向外延伸并形成边缘。最终空腔因气体惯性和表面张力而塌缩。本文在不同撞击速度和环境气体密度条件下，对这类空腔塌缩进行了数值研究。基于流体体积法在 Basilisk C 中构建了轴对称数值模型。该模型通过与理论和实验的定性与定量比较，在先前未探索的参数范围内得到验证。我们的结果显示了空腔塌缩机制的两种不同状态。通过考虑沿界面的拉力，我们基于韦伯数推导了空腔闭合时间和最大半径的标度关系。对于从头部到尾部具有均匀恒定速度且 的射流，空腔闭合由毛细作用主导并在表面下方发生（深封口）。相反，对于 ，空腔闭合在表面上方发生（表面封口），并由气体夹带及其引起的压力梯度主导。我们的结果为理解液滴撞击大型水体时的污染物传输，以及其他工程应用（如增材制造、光刻和无针注射）提供了信息。
引用
@article{arxiv.2310.18530,
title = {Gas density influences the transition from capillary collapse to surface seal in microfluidic jet impacts on deep pools},
author = {Thijmen B. Kroeze and David Fernandez Rivas and Miguel A. Quetzeri-Santiago},
journal= {arXiv preprint arXiv:2310.18530},
year = {2023}
}