高液滴-流体粘度比下固定球形液滴的尾流不稳定性

对均匀流经过固定球形液滴的直接数值仿真被用于探讨轴对称流因外部流分叉而变得不稳定的介质范围。流体力学由三个无量纲数控制：粘度比 $\mu^\ast$，以及外部和内部雷诺数 $\Rey^e$ 和 $\Rey^i$。液滴-流体密度比与这些参数的关系为 $\rho^\ast=\mu^\ast \Rey^i/\Rey^e$。本研究聚焦于 $\mu^\ast \geq 5$ 的高粘度液滴，其中尾流不稳定性由从液滴表面传递到周围流体的涡旋通量驱动。通过分析尾流结构，我们确认外部分叉的发生与涡旋通量 $\omega_\phi$ 在尾流中的倾斜有关，且当 $\omega_\phi$ 的等值面几乎垂直于对称轴时，分叉才会发生。我们提出了一种经验准则，用于预测外部分叉的发生，表述为液滴表面外部侧最大涡旋的函数。该准则适用于较大的 $\Rey^i$，并适用于广泛的 $\mu^\ast$ 和 $\Rey^e$ 范围。此外，我们检查了两个特定外部雷诺数 $\Rey^e=300$ 和 $\Rey^e=500$ 的分叉序列，发现在临界粘度比之后，轴对称尾流首先过渡到稳定的平面对称状态，然后发生次级 Hopf 分叉。最后，我们强调 $\Rey^i$ 对外部分叉的影响，指出在中等 $\Rey^i$ 时，尾流不稳定性可能以低于我们准则预测的涡旋阈值发生。这些发现为液滴外部流分叉提供了新的见解。