【摘 要】
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液滴撞击在液体表面会产生一系列复杂而奇妙的飞溅现象。这些现象广泛存在于机械、化工、冶金等工业领域以及与生态学、地球科学等密切相关的自然科学之中。其撞击过程复杂而
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液滴撞击在液体表面会产生一系列复杂而奇妙的飞溅现象。这些现象广泛存在于机械、化工、冶金等工业领域以及与生态学、地球科学等密切相关的自然科学之中。其撞击过程复杂而多变,呈现非线性变化。众多的流动参数使得撞击过程处理起来非常困难,因此成为流体动力学领域广泛关注的问题。 流体中的微气泡和溶解气体不仅会导致流体介质本身产生变质,如润滑油性能恶化;而且还会对流体运输和传动系统产生许多危害,如传动部件损伤、加剧振动、噪声和温升以及能耗增加。而液体冲击正是气体进入流体系统的一种重要形式。 在这篇论文中,对液滴冲击约束液体表面产生的飞溅现象进行了系统的实验研究。主要运用了两项技术:高速摄像技术和数字图像处理技术。首先,通过高速摄像机拍摄液滴撞击液面的整个过程;然后,利用数字图像处理软件对撞击过程进行定性和定量分析。定性分析方面:通过系统的实验观测,发现了大量新的冲击现象,包括:二次空腔、二次射流、反射气泡和周期变化的大气泡以及在较低速度就能获得的冠状气泡。在此基础上,将这些新发现的冲击现象和已经存在的现象结合在一起,给出一幅描述液滴撞击约束液面的冲击形态图。经过分析,将这些冲击现象分类为五种不同的冲击形态,它们是:反弹&微气泡形态、融合&涡流环形态、大气泡周期变化&液滴飞溅形态、皇冠飞溅&慢速射流形态和冠状气泡形态。定量分析方面:通过数字图像处理获得液滴直径和速度等特征参数,给出三张描述五种冲击形态发生转变的界限值的关系图。 最后,对液滴冲击约束液面过程中气泡的形成机理和等效直径进行了重点研究。气泡形成机理方面:大气泡是由于撞击过程产生的涡流环向中心撞击点快速运动收缩“夹断”产生的;冠状气泡是由于目标液面快速上升“闭合”产生的;反射气泡则是由于第一次撞击产生的射流在下降过程中再次撞击在液面形成的表面波遇到壁面反射回来后重新“聚合”产生的。气泡等效直径方面:大气泡的等效直径随着韦伯数We的增大而呈线性增加趋势;反射气泡同样是随韦伯数We的增大而增加,但是在达到最大值后逐渐减小,呈现下降趋势。
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