球体进入旋转液体中的水入问题

本文通过实验、数值和理论方法研究了重质非旋转球体撞击旋转液池时水入过程中的瞬态空腔动力学。我们表明，液池旋转使空腔类型从深密封到表面密封的转捩提前，其标志是转捩弗劳德数减小。揭示了无量纲旋转数 $\mathcal{S} \equiv \omega R_0/U_0$ 对瞬态空腔动力学的作用，其中 $R_0$ 为球体半径，$\omega$ 为液体角速度，$U_0$ 为撞击速度。旋转背景液体对空腔演化有两个可辨别的影响。首先是由于向心效应导致水下压力场增加，其次是空腔颈部近水面处气流压力降低。深密封的无量纲掐断时间对弗劳德数表现出稳健的 1/2 幂律依赖，但随 $\omega$ 增大其前因子减小。我们的发现表明，旋转背景液体对水入的影响可追溯到初始阶段飞溅和近表面空腔动力学的细微差异。