The atomising pulsed jet

Yash Kulkarni

doi:10.1017/jfm.2025.218

The atomising pulsed jet

2025-05-13

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AI

DOI：10.1017/jfm.2025.218

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在一系列几何级数分辨率运行的条件下，对脉冲圆形液体射流在静止气体中的注入进行了直接数值模拟。雷诺数和韦伯数以及密度比足够大，足以达到复杂的高速雾化阶段，但又不至于过大，以至于无法解析流动的小尺度结构（除非常小的液膜厚度外）。基于网格尺寸的韦伯数较小，表明模拟得到了很好的解析。计算采用八叉树自适应网格加密技术，结合有限体积法和曲率的高度函数计算，直至指定的最小网格尺寸Δ。对流动及其拓扑结构的定性分析揭示了一种复杂的结构，包括液桥、液膜、液滴和气泡，它们通过碰撞、液桥断裂、液膜破裂以及液体内气泡的包裹作用而演化和相互作用。生成了一系列纠缠结构的图像。该类型雾化过程中发生的多数过程都被详细重现，除了在液膜穿孔或断裂的瞬间。我们分析了液滴统计特性，结果表明随着网格分辨率的提高，分布的小尺度部分并未收敛，且包含大量数量级接近最小网格尺寸的液滴，并在d=3Δ处出现显著峰值。这种非收敛现象源于数值液膜断裂效应，在该效应中，界面在断裂前变得粗糙。界面的粗糙外观与曲率的高波数振荡相关。为了恢复收敛性，我们应用了受控的“流形死亡”数值处理程序，该程序检测到薄液膜后，在达到设定的临界厚度hc之前将其刺穿，且hc始终大于6Δ。这使得液滴频率在超过某个临界直径dc（高于或接近hc）时能够收敛。在收敛范围内观察到了单峰分布。在流形死亡程序中，液膜上刺穿的孔洞数量是一个自由参数；然而，我们利用Kibble-Zurek理论基于启发式物理原理预测了预期的孔洞数量。

Keyword:

aerosols/atomisation

breakup/coalescence

bubble dynamics

The atomising pulsed jet

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