Reversal and Inversion of Capillary Jet Breakup at Large Excitation Amplitudes
Reversal and Inversion of Capillary Jet Breakup at Large Excitation Amplitudes
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大激励幅度下毛细管射流破裂的反转和反转
DOI：
10.1007/s10494-021-00291-w
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发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Denner F
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Denner F
采用三维数值模拟的方法，分析了在与喷墨打印相关的参数区域内，大激励幅值下液体射流毛细破碎的演化过程。结果表明，当与射流激发和表面张力相关的速度尺度相当时，射流的破碎长度发生反转，并且在足够大的激励幅度下，射流的破碎从前收缩到后收缩。这两种现象都与涡环的形成和射流内部的局部流动障碍有关，它们通过局部减少甚至逆转毛细不稳定的增长来改变射流的演变。因此，这项研究为喷墨打印中的两个突出现象--拆分反转和拆分反转提供了一种机理。提出了反向破裂长度的经验相似模型，该模型在所考虑的特征参数范围内是有效的。因此，尽管在大激发幅度下观察到的毛细喷流破碎过程中的流体动力学是复杂的，但所提出的结果能够准确地预测在许多实际相关情况下的喷流行为，特别是连续喷墨打印。
The evolution of the capillary breakup of a liquid jet under large excitation amplitudes in a parameter regime relevant to inkjet printing is analysed using three-dimensional numerical simulations. The results exhibit a reversal of the breakup length of the jet occurring when the velocity scales associated with the excitation of the jet and surface tension are comparable, and an inversion of the breakup from front-pinching to back-pinching at sufficiently large excitation amplitudes. Both phenomena are shown to be associated with the formation of vortex rings and a local flow obstruction inside the jet, which modify the evolution of the jet by locally reducing or even reversing the growth of the capillary instability. Hence, this study provides a mechanism for the well-known breakup reversal and breakup inversion, which are both prominent phenomena in inkjet printing. An empirical similarity model for the reversal breakup length is proposed, which is shown to be valid throughout the considered range of characteristic parameters. Hence, even though the fluid dynamics observed in capillary jet breakup with large excitation amplitudes are complex, the presented findings allow an accurate prediction of the behaviour of jets in many practically relevant situations, especially continuous inkjet printing.
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