基于最小能量原理的两股撞击射流中液膜形状与厚度预测

在撞击雾化器中，两股相同的射流撞击会产生一层薄液膜。厚度是量化喷雾特性的最关键参数之一，迄今为止理论上已得到若干非唯一解。其中，Hasson 与 Peck、Ranz 和 Miller 提出的三种理论解在精度上是最可靠的表达式。显然，这些不同的解不可能同时具有物理真实性。然而，对于出现各种非唯一解，尚未给出理论上令人满意的解释。此外，亟需一个有意义的准则来识别最具物理真实性的解。为弥补这一不足，我们假设应与连续性和动量方程一并考虑一个附加约束，以对液膜厚度给出唯一预测。通过采用最小能量原理，将液膜中储存的最小能量视为获得唯一解并排除非物理解的关键约束。由于无粘流假设对液膜合理成立，当预测出最小侧面积时最小能量原理即满足。为量化侧面积，给出了以液膜厚度表示的膜形状，并对上述三种表达式采用四阶 Runge-Kutta 方法进行数值计算。利用液膜形状，在 58、89 和 117 度三种不同撞击角下计算并比较了侧面积。此外，还将液膜形状与通过 Shadowgraph 技术获得的实验结果进行了直观比较。总之，证明了 Hasson 与 Peck 给出的液膜厚度解最具物理真实性。