Droplet dynamics under an impinging air jet
Droplet dynamics under an impinging air jet
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撞击空气射流下的液滴动力学
DOI：
10.1017/jfm.2022.450
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发表时间：
2022
影响因子：
3.7
通讯作者：
Lee, Sungyon
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Chen, Zih-Yin;Hooshanginejad, Alireza;Kumar, Satish;Lee, Sungyon
部分润湿液滴在气流下可以表现出复杂的行为，所述行为是由表面张力、外部流的惯性和接触线动力学的耦合引起的。Hooshanginejad等人最近的实验（J.Fluid Mech.，Vol.901，2020）揭示了在冲击射流下的毫米级部分润湿水滴可以根据射流的大小（即）和位置在适当的位置振荡、分裂或脱离射流。为了合理化的实验观察，我们开发了一个二维润滑模型的液滴，该模型结合了外部压力的冲击高雷诺数射流，除了毛细管和流体静压力的液滴。与Hooshanginejad等人（J.Fluid Mech.，Vol.901，2020），我们使用前体膜和分离压力模拟接触线的运动，这允许我们捕获更宽范围的液滴行为，包括液滴移向一侧。我们的模拟表现出相当的时间尺度的液滴变形和类似的结果作为实验观察。我们还得到了液滴形状的解析稳态解，并构造了分裂和脱钉的最小判据。
Partially wetting droplets under an airflow can exhibit complex behaviours that arise from the coupling of surface tension, inertia of the external flow and contact-line dynamics. Recent experiments by Hooshanginejad et al. (J. Fluid Mech., vol. 901, 2020) revealed that a millimetric partially wetting water droplet under an impinging jet can oscillate in place, split or depin away from the jet, depending on the magnitude (i.e. ) and position of the jet. To rationalise the experimental observations, we develop a two-dimensional lubrication model of the droplet that incorporates the external pressure of the impinging high-Reynolds-number jet, in addition to the capillary and hydrostatic pressures of the droplet. Distinct from the previous model by Hooshanginejad et al. (J. Fluid Mech., vol. 901, 2020), we simulate the motion of the contact line using precursor film and disjoining pressure, which allows us to capture a wider range of droplet behaviours, including the droplet dislodging to one side. Our simulations exhibit a comparable time-scale of droplet deformations and similar outcomes as the experimental observations. We also obtain the analytical steady-state solutions of the droplet shapes and construct the minimum criteria for splitting and depinning.
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