冲击诱导液滴破碎的时间尺度与统计特性
流体动力学
2025-12-18 v1
摘要
基于爆炸推进装置（如旋转爆炸发动机）必须能够充分利用液体燃料的更高能量密度，以便在实际应用中实现。这 necessitates 对支配液滴冲击破碎的物理过程和时间尺度进行全面理解。这些过程在实验中往往难以探测和量化，往往仅限于宏观属性的测量。在本文中，通过对Mach 2和Mach 3冲击波与直径100 μm水滴相互作用的详细数值模拟，阐明了此类相互作用中的基本机制。我们采用具有自适应网格细化的两相热力学一致模型，数值模拟能够详细捕捉液滴表面不稳定性和破碎为次级液滴的过程。结果表明，液滴破碎通过耦合的多阶段过程完成，包括液滴平坦化、表面不稳定性和穿透，以及从变形后的初始液滴肢段上脱落次级液滴。当考虑Ranger和Nicholls的无量纲时间尺度（τ）时，这些过程对于不同冲击强度的破碎率相似。Sauter平均直径（D32）的概率密度函数在τ=2时呈双峰对数正态分布。对小于5 μm直径液滴中液体质量传递程度和速率的差异有时差异，可能部分源于液滴表面穿透模式的不同。这些结果揭示了支配液滴破碎的复杂多尺度过程，对冲击波有效处理液体燃料具有意义。
引用
@article{arxiv.2504.09007,
title = {Timescales and Statistics of Shock-induced Droplet Breakup},
author = {Michael Ullman and Ral Bielawski and Venkat Raman},
journal= {arXiv preprint arXiv:2504.09007},
year = {2025}
}