静空气中水滴滴落时的短期振荡与下落动力学
流体动力学
2020-03-18 v1
摘要
本文通过模拟与实验研究了静空气中滴落水滴的短期瞬态下落动力学。研究重点在于短期行为，所考虑的时间范围覆盖了水滴形成后约八次主导的第二模态振荡。由于流体惯性较小，水滴的生长为准静态过程，并可由静态悬滴理论很好地描述。然而， pinch 动力学及由此产生的水滴形成后状态在其下落时触发了非线性振荡。水滴刚形成时的初始形状被分解为球谐模态。诸如界面翻转之类的 pinch 动力学在水滴轮廓上引入了小尺度变化，进而对高阶模态的有限振幅产生贡献。此外，液滴刚形成时的初始动能与包含在液滴形状中的初始表面能同样重要，并被发现可放大初始振荡振幅且诱导所有模态振荡中的相位偏移。通过同时纳入初始表面能与动能，自由液滴振荡的线性模型对第二和第三模态给出了非常好的预测。模态振幅谱显示了与 Lamb 理论一致的主频以及由非线性模态间耦合引起的不同模态所产生的次频。下落运动与非线性振荡之间的相互作用诱导了水滴内外复杂的瞬态流动。流线表明，内部流动与无振荡下落液滴的 Hill 涡显著不同。内部流动与尾迹形态的时域演化均遵循主导的第二振荡模态。
引用
@article{arxiv.2003.07785,
title = {Short-term oscillation and falling dynamics for a water drop dripping in quiescent air},
author = {Bo Zhang and Pei-Hsun Tsai and An-Bang Wang and Stéphane Popinet and Stéphane Zaleski and Yue Ling},
journal= {arXiv preprint arXiv:2003.07785},
year = {2020}
}