同向流动毛细射流中滴落与射流模式的定量分析

我们研究了在受限微流控几何结构内的外部同向流动液体中，断裂成液滴的液体射流。射流断裂可以在喷嘴之后即刻发生，这种现象称为滴落；也可以通过生成一条在距离喷嘴很远处断裂的液体射流来实现，这称为射流。传统上，这两种模式被认为反映了流体射流的两种时空不稳定性的存在，滴落模式对应于绝对不稳定射流，射流模式对应于对流不稳定射流。在此，我们给出了非受迫和受迫状态下滴落与射流模式的定量测量结果，并将这些测量结果与近期关于同向流动液体中受限液体射流时空不稳定性的理论研究进行了比较。在非受迫状态下，测量了液体射流的振荡与断裂频率，并与理论预测进行了比较。射流振荡的主频作为内部流量的函数，在射流模式下与理论预测定性吻合，但在滴落模式下则不然。在通过周期性激光加热实现的受迫状态下，发现滴落模式对扰动不敏感，且液滴生成频率保持不变。相反，射流模式放大了外部施加的频率，这表现为以外部强迫施加的频率生成液滴。总之，发现滴落和射流模式分别表现出绝对和对流不稳定流的主要特征，但滴落模式中的频率选择并非由稳定性分析预测的绝对频率所支配。