液滴撞击可变形表面前的动力学
流体动力学
2021-10-07 v4
摘要
空气与水滴在高速撞击表面之前的非线性相互作用是一种被广泛研究的现象，并出现在若干工业场景中。本文考虑表面变形在液滴气垫式撞击中所起的作用。在二维框架下，假设空气与液体之间的密度比和黏度比均较小，推导了一组简化的积分微分方程系统，控制液滴自由面形状、薄空气膜中的压力以及表面变形，并忽略表面张力、可压缩性与重力的影响。首先基于先前的膜型模型，以较一般的形式描述表面变形。随后在两种情形下研究该耦合系统：考虑基底刚度与（黏性）阻尼的软黏弹性情形，以及保留所有相关参数的更一般柔性表面情形。给出了数值解，突出了基底可变形性对液滴撞击前阶段的数个关键影响，如压力积聚的降低、空气夹带的增多以及触地的显著延迟。还展示了与近期实验及大变形分析的关联（包括夹带空气尺寸对液滴速度的微妙依赖、压力峰的降低与液滴滑移）。
引用
@article{arxiv.2104.01594,
title = {Pre-impact dynamics of a droplet impinging on a deformable surface},
author = {Nathaniel I. J. Henman and Frank T. Smith and Manish K. Tiwari},
journal= {arXiv preprint arXiv:2104.01594},
year = {2021}
}