高We数液滴对心碰撞过程中周向破碎现象数值研究
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摘要
本文针对球形液滴对心碰撞问题进行数值研究。研究表明,在液滴对心碰撞过程中,随着We数的增加,分别会产生碰撞后融合、碰撞后反弹分离等碰撞模式,并伴随着液滴在径向或流向上的破碎现象;随着We数的进一步增加,液滴碰撞后不仅会产生径向上的破碎,还会产生周向上的破碎现象。目前,有关高We数条件下液滴碰撞中周向破碎现象及机理的实验与数值研究均较少,本文针对这一问题采用数值计算方法进行研究。本文通过求解三维Navier-Stokes方程,并运用VOF(Volume of Fluid)方法捕捉气液两相之间的相界面,模拟三维球形液滴的对心碰撞过程。结果表明,高We数条件下液滴对心碰撞过程可以分解为三个子过程:液体薄膜的形成与破裂、边缘环状物的分离与破碎、边缘子液滴的形成与分离。液滴周向破碎过程如下图所示。研究不同We数下碰撞过程中的液相动能损失及We数对其的影响,发现:液滴碰撞过程的动能减小速率随着We数的增加而增大,而无量纲的动能减小的相对速率基本不受We数大小的影响。
引文