Summary
本文提出了一种研究波浪对液滴撞击动力学的影响的协议。
Abstract
水滴撞击是自然界中常见的一种现象, 由于其审美魅力和广泛应用, 引起了人们的关注。以往对流动液体薄膜的研究忽略了波浪空间结构对撞击结果的贡献, 而这最近被证明对水滴撞击动力学有很大的影响。在本报告中, 我们概述了一步一步的过程, 以研究一个流动的液体膜周期性进口强迫的影响, 导致生产 spatiotemporally 规则波结构的下降冲击动力学。一个与电磁阀连接的函数发生器用来激发这些 spatiotemporally 的规则波结构在薄膜表面, 而均匀大小的水滴的撞击动力学使用高速相机捕获。然后研究了三个不同的区域;即峰、扁膜区和波浪驼峰区前的毛细管波区。研究了膜雷诺、降韦伯和 Ohnesorge 数等重要无量纲量对膜流速、降速度和降径参数的影响。我们的结果显示了有趣的, 迄今未被发现的动态, 这一应用的电影进口强迫的流动薄膜的低和高惯性下降。
Introduction
水滴撞击是自然界中非常常见的现象, 吸引了好奇的观察者1的注意。它是一个活跃的研究领域, 因为它的许多应用, 包括喷雾冷却, 防火, 喷墨打印, 喷涂, 在印制电路板上的焊点沉积, 内燃机的设计,表面清洗和细胞印刷2。它的应用也延伸到农业,例如喷洒灌溉和作物喷洒3,4。创业的工作可以追溯到 19世纪, 与沃灵顿5的工作, 而主要的进展是最近才作出的, 因为出现了高速成像6。从那时起, 进行了几项研究;使用不同类型的撞击面, 从固体7,8, 浅,9和深液池10,11到薄膜12,13。
然而, 尽管大量的研究液滴撞击液体表面 (即浅和深池和淡静膜), 对流动薄液膜的影响没有得到重视。此外, 迄今为止, 研究忽略了波浪空间结构对水滴撞击动力学的贡献。
在本报告中, 我们提出了一个详细的实验程序, 以研究液滴冲击过程的流动薄膜, 其动力学受进口强迫的液体流速;下面, 我们把它们称为 "受控" 的电影。我们发现, 这些在多相工业中有许多应用 (例如,在冷却塔, 精馏塔, 以及在两相流中观察到的环状流系统), 尤其是薄膜控制已经成为在许多过程工业中强化传热和传质14。感兴趣的读者被提到我们以前的工作15 , 更多的细节, 我们的研究成果, 在这方面。
这一应用的频率振荡的入口流量产生的规则波在薄膜表面的形成。我们专注于孤立波家庭, 它的特点是广泛分离的窄峰, 前面是一系列前运行的毛细管波16,17,18。我们研究了与孤波结构的三主要部分有关的影响的结果: "平板薄膜"、"波浪驼峰" 和前运行的 "毛细管波" 区域。我们还将这些结果与不受控制的流动薄膜相比较。结果表明, 在不受控薄膜上的波出现的随机性质明显地影响了水滴撞击的结果, 而控制膜的分离区域也显示出新的机制, 我们在定性和定量。
在前15篇论文中, 采用相同的程序, 研究了膜控制对溅淋体系中液滴冲击动力学的影响。所得结果表明, 在冠层形态 (高度、直径、壁厚、倾角和方向) 上的数量和质量差异, 以及喷射二次滴的数量和大小分布。
在本报告中, 我们描述了设计的设置, 以了解这些空间结构在液滴撞击动力学中所起的关键作用, 同时也提供了我们的研究结果的简明细节, 不仅在飞溅的机制, 也为其他结果的水滴冲击 (即弹跳, 滑动, 部分/总接合)。按照下面描述的标准协议, 薄膜控制对液滴撞击动力学的影响可以以可重现的方式进行研究。
Protocol
1. 实验台安装
注: 见图 1。
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降膜单元
- 首先用干净的软布清洁基板 (玻璃) 表面。确保不粘附在其表面上的污垢, 这将改变液体的性质。
- 将玻璃基底的枢轴设置为所需倾角。在这项工作中使用了一个倾斜角, β, 15˚。
- 打开电泵, 确保薄膜表面有正常的液体流动, 进一步清洁玻璃基体。对于这项工作, 测试液是去离子水。
- 确保承印物的整个表面被润湿。
- 使用流量计测量胶片流量。对于这项工作, 流量是不同的 1.667 x 10-3和 10 x 10-3 m3/秒与相应的胶片雷诺数,再 = ρq/wµ, 范围在55.5 和333之间。w是下落的影片宽度, 0.30 m。
- 逐步调整流量连接上的阀门, 以获得所需的玻璃基板的流量。
- 在胶片入口调整一组千分尺步骤, 以对应的努塞尔膜厚度值为所选流速, 避免在胶片进气道上进行水力跳跃或将空气回流到配电室。
- 手动虹吸分配室中的所有空气, 以获得在薄膜表面下游的均匀流。
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胶片控制单元
- 通过数据采集卡 (DAC) 确保功能发生器通过非闭锁中继连接到电磁阀。
- 开关电磁阀和功能发生器。
- 将函数生成器设置为所需的强制频率。在这项工作中, 使用了2和 3 Hz 的频率。
- 选择所需的波形信号 (正弦波、锯齿波、方波等) 。在这项工作中, 使用了正弦波信号。图 2A和2B显示了控制膜与受控薄膜的对比度。
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液滴生成系统
- 把一个干净的塑料油管连接到充水的注射器上。
- 将注射器插入液滴发生器中。
- 将所选尺寸的注射器针 (取决于所需的水滴直径) 粘贴到塑料管材的另一端。研究的雾滴直径范围介于0.0023 到0.0044 米之间。
- 调整薄膜表面上方的跌落高度。在这项工作中, 下落的下落高度从0.005 到 0.45 m 是不同的, 给冲击速度在0.30 里-0.02-2.96 @ 0.06 米/s 之间。
- 同样, 设置从胶片入口滴的流向冲击点。这在这项工作中设置为0.3 米, 以确保波浪在撞击之前形成良好的波形。
- 设置注射器泵所需的流量。
- 调整流量以达到比薄膜表面形成的波的波长大的雾滴产生频率;确保水滴连续撞击受控薄膜的不同区域。见图 2C;随着图 2D中奇异波形的增大, 显示出每个区域19、20下的流剖面上的不同之处在。
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高速成像设置
- 将相机放在三脚架架上 (或任何其他合适的安排)。
- 选择需要焦距的宏透镜并将其连接到照相机。
- 打开高速摄像机, 确保直接聚焦在胶片表面上。将相机与7˚和12˚的水平和垂直偏差分别对准胶片表面。这给出了影响过程的极好的侧面视图图像, 从而分别在流向和展方向上产生了67.5 µm/像素和46.6 µm/像素的分辨率。
- 使用精确放置在液滴撞击点上的校准项, 调整相机透镜 (最大光圈) 的焦距。
- 一旦获得了尖锐的焦点, 减少光圈, 以确保只有少量的光线进入相机。
- 设置高速相机所需的帧速率、分辨率和快门速度。本工作采用帧速率为 5000 fps, 800 x 600 分辨率, 孔径 1/16, 快门速度为1µs。
- 将光扩散器放在光源的前面, 如图 1C所示, 以确保光线在成像区域内均匀扩散。
- 电源上的光源, 以确认均匀传播光在成像区域。
2. 校准
注: 见图 3。
- 把尺子放在胶片的流动方向上 (正好在撞击现场), 并获得胶片表面上测量点的快照。
- 重复 2.1, 但与统治者在展方向。
- 使用上面的空间分辨率来获取胶片表面。
3. 视频记录和数据采集
- 一旦在钻机上建立了薄膜流, 启动注射器泵并观察滴水滴对薄膜表面的影响。
- 启动函数发生器, 观察薄膜表面 spatiotemporally 规则波的产生。
- 确保连续水滴对受控薄膜表面的不同区域产生影响。
- 观察触发后的帧数, 并将其设置为视频长度的大约一半, 以充分捕捉影响。
- 电源上的光源, 并触发图像捕获一旦影响发生。
- 一旦图像捕获完成, 就关闭光源电源, 以避免液体膜过热。
- 在计算机屏幕上直观地分析获得的快照。检查是否在平面薄膜、毛细管波或波浪驼峰区域中发生了撞击。
- 将视频修剪到显示影响过程的部分, 并将帧范围保存为视频/图像格式。
- 重复 3.5-3.8, 记录个人对胶片表面上所有区域的影响, 即孤立的驼峰、毛细管波和平板薄膜。
4. 图像后处理和分析
- 将标尺放在视图字段中, 计算空间分辨率, 方法是计算1厘米的像素大小. 使用标定图像, 获得图像尺寸测量的比例因子。
- 将撞击过程的结果与高速图像的不同撞击区域进行比较。检查以看到显著的差异。
- 采用合适的 MATLAB 图像处理程序, 测量冲击过程产品的特性特征: 即在飞溅模式下, 测量树冠高度、直径、壁厚、倾角、顶面方向、数量和尺寸喷射二次滴的分布。
- 对低韦伯的影响进行类似的定量分析, 如4.3。从时间帧图像中计算出卫星下落的时间, 测量二次滴下的部分聚结中形成的柱的先端长度和宽度。测量被弹出的二次水滴的大小。计算重复的收缩过程中的级联数。
- 观察每个区域的质量差异。
Representative Results
基本上, 研究了两类影响;第一个是低惯性滴 (即,降韦伯数, (我们d= ρdu2/σ) 范围从3.1 到 24.0, 而第二个是对于高惯量的水滴 (即, 我们d 94 到 539)导致飞溅的结果。然而, 这两项研究都遵循同样的实验程序。研究中使用的其他相关无量纲量包括薄膜雷诺数 (Re = ρq/wµ, 范围介于55.5 和333之间), 薄膜韦伯数字 (我们= ρhnun2/σ, 范围在0.1061 和2.1024 之间), 下落 Ohnesorge 数字 (Oh = µ/(ρσd)1/2, 范围在0.0018 和0.0025 之间) 和 Kapitza 数字 (Ka = σρ1/3/g1/3µ4/3, 计算为水的 3363)。努塞尔薄膜厚度 (hN = [(3µ2Re)/(ρ2gsinβ)]1/3) 被发现范围从 4.034 x 10-4到 7.328 x 10-4 m,当努塞尔膜速度 (un = ρgsinβhN2/3µ) 被发现范围从0.1376 到0.4545 米/秒。对于上述方程, q是胶片的流速, 变化在0.001667 和 0.01 m3/秒之间;β是基体倾斜角度, 固定在15˚到水平;µ和ρ分别为 0.001 Pa 和1000公斤/米3的水的粘度和密度;σ是表面张力力 (0.072 N/米);g 是引力 (9.81 米/秒2)。
在低惯性影响, 观察到的趋势, 虽然有点类似 (图 4), 显示了一些明显的 spottable 差异。首先, 人们普遍注意到, 与其他撞击区域相比, 波浪驼峰区产生的卫星下落的大小总是比较大。回想起来, 在毛细管波区发现了相反的事实。卫星的下落总是很小的。这是因为撞击降产生的径向波会被存在的毛细管波纹所抑制。因此, 进一步波浪传播到垂直拉长下落被抑制, 导致下落丢失它的潜力开发一个充足地长的垂直的专栏, 因此导致仅小次要下落的弹射从细长的专栏形成。研究还发现, 与其它地区相比, 波浪驼峰的叶栅倾向明显降低。在被审查的所有案件, 部分聚结的产品, 几乎不体验另一部分聚结, 而在平的影片, 三到四被观察。与其他区域相比, 在波浪驼峰区的水流方向上, 柱高也被观测到较高且最倾斜。
在平坦的薄膜区域, 与其他区域的撞击相比, 反弹结果的趋势有了增加。这种情况是由于这一薄层薄膜对水滴施加的强力润滑力造成的, 从而减慢了水滴与胶片之间介入空气层的排水/稀释, 从而防止了合并。这将导致观测到的跌落变形以及最终的升力。相比之下, 对波浪驼峰的影响更容易发生部分聚结, 部分原因是薄膜的厚度、预存在波的缺失 (如毛细管波区域中所发现的), 最后是由流动再循环引起的润滑力降低这个地区。这些累积导致比其他区域产生的更长的列。
液膜流速增加 (即膜重);对毛细管波的影响往往导致不合并毛细管波滴的轻微滑动 (见图 5a-5h)。这个滚动下降 (图 5d-5f) 然后爬上即将到来的孤独驼峰 (图 5g 和 5h), 在那里它经历了部分聚结 (没有显示)。然而, 对平板薄膜区域的影响的结果从稳定的部分聚结转变为有利于弹跳模式。在对毛细管波的影响的情况下, 薄膜的增加导致了更紧密的峰值毛细管波, 然后作为 "垫" 的下降 "骑", 因此观察滑动下降。至少, 在平坦的薄膜区域 (初始跌落的大小 90%) 上, 通常会发现一个非常快速的脱落, 在它后来合并并导致正常的部分聚结之前, 这种下降经历了一些 "舞蹈" 模式。然而, 这是没有观察到其他地区的受控薄膜。
随着下降的增加,我们发现, 在平坦的薄膜区域和波浪驼峰上, 柱高增加, 但在毛细管波区减少。
最后, 随着水滴大小的增加, 在平坦的薄膜区域上观察到更长更宽的柱形, 从而导致更大的卫星下落。然而, 在波浪驼峰, 这没有被观察到, 相反, 转移到总聚结被观察了。在毛细管波上, 水滴大小的增加导致下降的滑动和过渡到部分聚结。然而, 最大的跌幅几乎立刻就产生了完全的聚结。表 1列出了这些结果的摘要。
在液滴速度1.70 秒0.03 米/秒的情况下, 在胶片表面的所有三个区域都能看到飞溅的结果 (图 6)。然而, 虽然在这一制度中也观察到类似的结果, 但在形成的冠形形态上有显著的差异--其高度、直径、壁厚、倾角、凝聚时间以及喷射的数量和大小分布二次滴。
在 "波浪驼峰区", 冠结构不同于 "毛细管" 和 "平坦的薄膜区域", 因为它的形状更正规。它还具有较厚的冠壁, 冠高度高于 "毛细管" 和 "平坦膜区" 中观察到的。与其他地区形成的冠相比, 从其外缘排出的次生水滴也较少。最后, 在被流动的胶片冲走之前, 观察到一个较长的聚结时间。
在 "毛细波" 和 "扁膜区" 中, 根据一些特征, 形成的冠也有很大的不同。首先, 观察到冠的后高度受毛细管拱的影响, 以及这一 "毛细管波区" 内的流动反转动力学, 从而导致形成的冠显得更加直立。这种流动反转导致液体质量的向后传输, 从而增强了冠的后高度形成。然而, 这在平的影片没有被观察: 冠自然地倾斜在液体流动方向和倾斜甚而进一步与增加的Re。这种倾斜可以在树冠的上游和下游两端观察到。相比之下, 在毛细管波上, 随着胶片的重新增加, 冠的后侧似乎变得更加 "直立", 其方式与在平板胶片上观察到的完全相反。然而冠高度在平的影片是, 高于那在毛细血管波浪由于基体的制约。与平板薄膜相比, 冠环上的二次滴射也较快, 在毛细管波上也有。最后, 在平板薄膜上, 在树冠的边缘上喷射出更多的二次水滴, 而不是毛细管波.
冠的世俗演变在流动的所有区域显示冠直径的微弱的依赖性在影片Re 。在波浪驼峰区, 对Re的依赖性较弱。在 "平板薄膜区域", 由于较大的re与较厚的薄膜相关联, 冠层高度被观察到随着预期的增长而增加。在 "平膜" 和 "波浪驼峰" 区域, 冠向流向方向的程度也较高;然而, 这种效应在 "毛细管波区" 中似乎不那么明显。
在 ' 波浪驼峰区域 ', 有较少二次水滴被逐出以增加Re.在re上, 冠高度的依赖性似乎有点弱, 而冠凝聚时间随着re的增加而减小, 这是影响发生的流动膜速度增加的结果,快速地将凝聚冠从原来的撞击点上扫开。在 "波浪驼峰区域" 中, 皇冠的倾角也有变化, 这取决于撞击下落的惯性与流动薄膜的惯量之间的竞争。在较低的re, 冠面对下游方向, 而在较高的Re值, 它面对上游 (图 7)。这一趋势在 "毛细管波" 和 "平板薄膜区域" 中没有被观察到。
在 "毛细管波区" 中, 在下Re观察到更多的次生水滴。总冠高度也有增量以再, 并且, 在低重, 滴射主要朝向流向方向 (与冠边缘高于在后方并且倾斜更多往流向方向)。高度变得更加对称在更高的Re, 被相信是由于波浪的更高的驼峰的平衡作用在他们的后方, 因此平衡关闭冠边缘高度在后面。
随着韦伯效应的下降, 可以观察到, 冠径的增加率随着我们的增加而增大;最大速率与 "波浪驼峰区" 有关。图 8和图 9分别显示了溅出的二次水滴的数量和大小分布的进一步差异。表 2列出了这些结果的摘要。
图 1: 实验台。(A)实验台的示意图表示,由下降膜单元组成, 用于倾斜玻璃基板上的液体膜流动;一种薄膜控制单元 (包括通过数据采集卡连接在非闭锁继电器上的电磁阀, 以及发送自动信号控制电磁阀开启和关闭的功能发生器);一种注射器泵, 用于生成受控大小的液滴, 从胶片表面上方的计算高度, 以及用于数字成像的高速相机。在计算机系统上对所得结果进行了分析。经英国皇家化学学会许可, 从 Adebayo & 替 201715转载。(B)该钻机的图示图。(C)-(D)照明安排的图示说明。请单击此处查看此图的较大版本.
图 2: 薄膜控制对流动液膜波演化动力学的影响.(A)胶片控制前的胶片表面皮影图像。这部电影的特点是自然演变的波浪, 这是随机的性质, 并呈现不规则的时空动力学。(B)强迫后皮影图像的胶片表面。波浪是 spatiotemporally 规则和可预测的, 渲染贡献从空间结构到下落冲击容易地研究。(C)受控流动液体膜上的孤波形成, 突出了薄膜表面的不同区域,即毛细管波、扁膜和波浪驼峰区。(D)放大了一个奇异波结构的视图, 显示每个区域的流剖面。经英国皇家化学学会许可, 从 Adebayo & 替 201715转载。请单击此处查看此图的较大版本.
图 3: 空间分辨率为 5000 fps.利用15˚的基底倾角, 分别计算了流向和展方向上的空间分辨率为67.5 µm/像素和46.6 µm/像素。请单击此处查看此图的较大版本.
图 4: 薄膜控制对低惯性滴的效果影响受控流动薄膜的不同区域, 与未控制的薄膜形成对比.水滴的下落高度是 0.005 m, 下落大小是3.3 毫米, 影片速度是 5 x 10-3 m3/s, 强迫频率是 2 Hz, 对应于影片再166.5, 下落我们3.134 和Oh 0.0021。下落接近影片表面 (a) 和在联络 (b), 触发介入的空气层的排水在它和影片之间。这就导致了在撞击点 (c d) 上的水滴形状变形和毛细管波纹在薄膜表面的径向扩散。一旦空气层破裂, 液体液滴与液膜的合并就会被观察到 (e) 和圆柱形液体柱的垂直生长 (在部分/总的聚结情况下)。这紧接着是形成的柱上的毛细管波的运行, 拉长它。最后, 在一个局部聚结情况下, 观察到卫星下落的一个小块, 它的大小与初始母滴的尺寸较小。聚结过程的重复也被看作是 (i j)。在观察到的结果 (弹跳或滑动或部分聚结) 和有级联的存在中可以看到质量差异;在夹紧时间内观察到数量差异, 形成液柱的大小 (高度和宽度), 发射卫星下落的大小和级联点。请单击此处查看此图的较大版本.
图 5: 液滴在受控流动薄膜的毛细管波区滑动.雾滴直径为2.3 毫米, 下降高度为0.008 米, 而胶片流速为 10 x 10-3米3/秒, 对应于Oh = 0.0024,我们d = 5.014, 和胶片重新= 333, 分别。强迫被执行了在2赫兹. (a) 方法。(b) 联系人。(c)滚动下降。(g h)爬上迎面而来的孤独的驼峰。请单击此处查看此图的较大版本.
图 6: 薄膜控制对受控流动薄膜的不同区域飞溅现象的影响, 与未控制的薄膜进行对比.雾滴直径为3.3 毫米, 下降高度为0.25 米, 而胶片流速为 5 x 10-3米3/秒, 对应于Oh = 0.0021,我们d = 224.8, 和胶片重新= 166.5, 分别。强迫是在2赫兹进行。液滴接近薄膜表面 (a), 并在接触后立即 (b), 发展成冠 (c) 的喷发物片。生长冠 (d-e) 后来产生的瑞利-高原不稳定, 导致从其边缘的小水滴喷射 (f j)。冠以后崩溃和凝聚与影片 (k), 被运输由迎面而来的流动。影响各区域撞击结果的独特差异见于形成的树冠的大小 (高度和直径)、喷射次生水滴的数量和大小分布、冠倾斜度、壁厚、冠面方向和最后的聚结时间。经英国皇家化学学会许可, 从 Adebayo & 替 201715转载。请单击此处查看此图的较大版本.
图 7: 薄膜雷诺和降韦伯对 "波浪驼峰区" 冠层传播的影响.水滴的大小是3.3 毫米, 对应于Oh = 0.0021 和下落秋天高度从0.20 到 0.35 m 是不同的 (对应于我们d = 179.8-314.7), 而Re是在范围55.5 到333。红色钻石描绘的结果与冠面对下游方向, 而蓝色钻石显示上游的皇冠结果。冠倾向受冲击下落的惯性和流动的影片的竞争的影响。具体来说, 在低Re, 冠倾向于流向方向, 但随着流动薄膜惯性的重要性, 方向变化和面对上游。无论我们的规模有多大, 这一冠朝上游的方向保持在大约250的重值之外。经英国皇家化学学会许可, 从 Adebayo & 替 201715转载。请单击此处查看此图的较大版本.
图 8: 在受控薄膜的不同撞击区域 (即 "毛细血管"、"平板薄膜" 和 "波浪驼峰" 区域) 中从冠缘弹出的二次水滴的数量变化, 分别从左向右显示, 对照不受控制的影片.水滴大小是3.3 毫米对应于Oh = 0.0021, 并且下落高度从0.20 到0.35 是不同的, 导致冲击速度在范围 1.981-2.621 m/s 之内 (对应于我们d = 179.8-314.7)。红色长方形描绘下落秋天高度 0.35 m, 绿色金刚石 0.3 m, 蓝色圈子 0.25 m 和橙色正方形 0.2 m, 分别。在各区域, 当出现不均匀趋势时, 随着膜重的增加, 喷射二次滴的数量增加: 在波浪驼峰上, 在毛细管波和平坦的情况下, 喷射二次滴的数量减少。电影的区域, 有轻微的增加。浸洗在影片再166.5 附近被注意为毛细管波浪, 发生作为竞争的结果在下落的正切速度和那影片。在不受控制的薄膜上观察到的不成比例的趋势被认为是由于薄膜表面上波浪的随机性质而发生的。经英国皇家化学学会许可, 从 Adebayo & 替 201715转载。请单击此处查看此图的较大版本.
图 9: 撞击区域对被控薄膜上的喷射二次滴的大小分布的影响与不受控制的薄膜对比.下落大小是3.3 毫米, 而影片流速是 5 x 10-3 m3/s 对应于影片再166.5 和下落Oh 0.0021。下落的秋天高度是 0.2, 0.25, 0.3 和 0.35 m 对应于我们d 179.8, 224.8, 269.8 和314.7 分别。在毛细管波上, 分布的形状在很大程度上不改变, 韦伯数量增加, 但明显增加的下降幅度0.5 至1.0 毫米。然而, 在平板薄膜上, 尺寸分布从0到2.0 毫米不等, 随着韦伯数量的增加, 观察到0到0.5 毫米大小的水滴的变化。弹出的小水滴的数量的增加清楚地区分平的影片区域从其他区域。在波浪驼峰, 大小分布显示大下落在范围 (1.0 到2.0 毫米) 甚而为被审查的最小的韦伯数字被逐出。与上述不同的是, 与不受控制的薄膜相关联的水滴尺寸分布不表现出区分的形状, 这是由于这种薄膜上的波的随机性。经英国皇家化学学会许可, 从 Adebayo & 替 201715转载。请单击此处查看此图的较大版本.
| 参数 | 毛细管波区 | 平板薄膜区域 | 波浪驼峰区域 |
| 液柱先端高度 | 短 | 中 | 高 |
| 卫星下落的大小 | 小 | 平均 | 大 |
| 层叠存在 | 罕见 | 是的 | 没有 |
| 再增加的作用 | 滑动现象 | 弹跳现象 | 过渡到总聚结 |
| 提高的效果 | 列高的减小 | 增加列高 | 增加列高 |
| Oh减退的作用 | 下降滑动 | 更长更宽的柱子, 更大的卫星下落 | 过渡到总聚结 |
表 1.控制流动膜不同区域的低惯性液滴撞击动力学参数差异。
| 参数 | 毛细管波区 | 平板薄膜区域 | 波浪驼峰区域 |
| 皇冠形状 | 规则 | 规则 | 定期 |
| 皇冠高度 | 高 | 高 | 最高 |
| 冠壁厚度 | 薄 | 瘦 | 厚 |
| 次滴数 | 更 | 最 | 很少/没有 |
| 皇冠倾角 | 减少与影片再 | 增加与影片再 | 反转超过重250 |
| 凝聚时间 | 快速 | 慢 | 更延迟 |
| 膜重增效应 | 冠变得更加 "直立" | 增加冠高度, 更陡峭的冠倾向在影片流动方向, | 二次降数下降, 冠面方向变化超过 250 |
| 降韦伯增产效应研究 | 早期的发病和增加的二次下降, 并增加冠直径。 | 增加二次下落, 冠高度和冠直径;降低二次滴的大小 | 增加二次下降, 冠高度, 冠直径, 聚结时间, 并改变冠朝方向。 |
| 降Oh减少的作用 | 增加冠直径和高度 | 增加冠直径和高度 | 增加冠直径和高度 |
表 2.在受控流动膜 (飞溅的政权) 的不同区域的高惯性液滴撞击动力学的参数差异。
Discussion
在本节中, 我们提供了一些必要的提示, 以确保从协议中获得质量结果。首先, 必须保持液体膜流动的玻璃基片完全无污垢, 以确保液膜的性能保持不折不扣。这是可以实现的定期清洁 (可能使用适当的洗涤剂, 并擦过托盘, 以避免溶解进入系统)。同样地, 在试验过的几回合后, 应定期更换整个试验液, 以保证准确的结果。
其次, 流体分配室必须良好的啮合, 并保持气密, 以确保出水液膜是均匀的。这可以通过手动将空气从配电箱中抽取出来, 然后再进行实验。还建议在胶片进气口使用千分尺步骤, 将胶片入口的间隙高度设置为在相应雷诺数努塞尔估计的胶片流的精确胶片厚度。这将防止水力跳跃或回流在入口。
电磁阀的操作也必须始终进行正确的检查和确定。这是因为需要一个适当的脉动的流量, 以确保生产的强迫波。这可以从正常点击的电磁阀的声音, 以及感知脉动沿连接管道。液体流量进入注射器泵也必须小心设置, 以确保水滴被弹出的方式, 避免任何前加速度下降之前。
必须确保高速相机的适当校准, 以获得非常准确的结果。考虑到景深、曝光时间和整体图像亮度等参数, 还必须仔细选择孔径大小。对于在视频录制过程中触发的摄像头, 用户还需要估计在触发前应该记录多少帧。这可能与个人不同, 这取决于下落影响时间, 因此, 建议在实际测量之前进行几次练习试验。同样, 光源必须正确排列和扩散, 以最小化图像中的阴影。
重要的是要注意和记住, 研究的主要焦点是波浪对下落下落的冲击动力学的贡献, 因此规则波浪结构的形成是对基础物理的精确研究的必要。在观测到波浪结构迅速过渡到三维结构的情况下, 建议将基底倾角减小14,19 , 以促进波浪结构的缓慢过渡。.
在没有测量装置的情况下, 观察到在每个撞击区域的实际瞬时膜厚度时, 该技术的一个局限性。这将提供关于整个观察到的现象的更多细节。
总之, 本报告概述的程序也可以用来研究简单的波演化动力学, 而所描述的高速成像系统可以应用到许多研究领域的快速动力学, 如液滴分解21,22/聚结23, 颗粒射流24,等重要现象在微观时间刻度上观察到。
Disclosures
作者没有什么要申报的。
Acknowledgments
这项工作是由石油技术发展基金 (尼日利亚 PTDF) 和英国工程和自然科学研究理事会 (赠款编号 EP/K003976/1) 赞助的。作者还感谢 Zhizhao 博士的卓有成效的讨论。
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Function generator | GW INSTEK | AFG 2005 Series, Digital. Geo0852266 | Produces a varied type of wave signals, ranging from sine, square to saw-tooth wave at different frequencies (0.1 Hz - 5 MHz). |
| Syringe pump | Braintree Scientific Inc. | Bs-8000 /225540 | |
| Solenoid valve | SMC-VXD | 2142A. 0AE-5001 |
Series-pilot-operated-two-port |
| Relay | Takamisara | A5W-K. 154424C-03L |
|
| Electric pump | Clarke SP | SPE1200SS 1 | |
| Flow meter | RS Component | CYNERGY3 UF25B 14011600040110 | Measurement range: 0.2-25 L/min |
| Micrometer step | RS Component | Micrometer Head | 0.01 mm/0 -13 mm |
| High-speed camera | Olympus | I-SPEED 3. | Capable of recording at up to 100, 000 frames per second. |
| Light source | TLC Electrical supplies | IP54 -black | Double enclosed halogen floodlight. Rating 500 W. |
| Light diffusor | OptiGraphix | DFPMET | 250 μm thickness |
| Glass substrate | Instrument Glasses Ltd | Soda Lime Float Glass; 570 mm x 300 mm x 4 mm | Flatness tolerance 0.02/0.04. |
| Macro-lenses | (a) Nikon (b) Sigma |
(a) AF-Micro-Nikkor 60 mm f/2.8 D (b) 105 mm f/2.8 Macro-Ex |
|
| Test-liquid | De-ionized water from the Imperial College Analytical Lab. | Standard solution (AnalaR) |
References
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