液(ye)(ye)滴(di)(di)運動(dong)(dong)過(guo)程(cheng)中的形(xing)狀(zhuang)變(bian)化(hua)對液(ye)(ye)滴(di)(di)的蒸發(fa)、燃(ran)燒等過(guo)程(cheng)有重(zhong)要影(ying)響(xiang)，表(biao)(biao)面(mian)張(zhang)力(li)是影(ying)響(xiang)其形(xing)狀(zhuang)變(bian)化(hua)的因素之一。為研究(jiu)表(biao)(biao)面(mian)張(zhang)力(li)對液(ye)(ye)滴(di)(di)形(xing)變(bian)的影(ying)響(xiang)規律，采用(yong)低(di)濃(nong)度的表(biao)(biao)面(mian)活性劑(ji)（十二(er)烷基苯磺酸鈉SDBS）配制表(biao)(biao)面(mian)張(zhang)力(li)為30～72 mN·m?1的水(shui)溶液(ye)(ye)。利用(yong)不同外徑的針管得到(dao)(dao)3～5 mm粒徑的液(ye)(ye)滴(di)(di)。高速攝像機(ji)（Phantom V211，1000 pps，800×600 pixel）對這些液(ye)(ye)滴(di)(di)在(zai)自由落體過(guo)程(cheng)中的形(xing)變(bian)規律進(jin)行了可(ke)視化(hua)實驗研究(jiu)，得到(dao)(dao)了關(guan)于E?tv?s數（Eo）的半經(jing)驗關(guan)系式。實驗結果(guo)表(biao)(biao)明，液(ye)(ye)滴(di)(di)在(zai)自由落體過(guo)程(cheng)中會形(xing)成周(zhou)期性振動(dong)(dong)形(xing)變(bian)，振動(dong)(dong)周(zhou)期和振幅(fu)隨表(biao)(biao)面(mian)張(zhang)力(li)增大而減(jian)小。進(jin)一步(bu)研究(jiu)發(fa)現，初始時液(ye)(ye)滴(di)(di)形(xing)成并斷裂所引起的瞬態沖(chong)量使液(ye)(ye)滴(di)(di)內部動(dong)(dong)量傳遞(di)進(jin)而表(biao)(biao)現出周(zhou)期性振動(dong)(dong)形(xing)變(bian)。

液(ye)(ye)(ye)滴(di)在(zai)氣(qi)體中(zhong)運(yun)動過(guo)程(cheng)中(zhong)會(hui)因表面受(shou)力不均而發(fa)(fa)生(sheng)形變(bian)(bian)。影響(xiang)(xiang)液(ye)(ye)(ye)滴(di)形變(bian)(bian)的(de)(de)因素(su)很多，如粒(li)徑、速度、表面張(zhang)力等。在(zai)自然科學和(he)工(gong)程(cheng)技術領域，許多物理過(guo)程(cheng)涉(she)及液(ye)(ye)(ye)滴(di)在(zai)氣(qi)流(liu)中(zhong)的(de)(de)形變(bian)(bian)，如蒸(zheng)發(fa)(fa)冷卻(que)、蒸(zheng)氣(qi)冷凝、噴霧(wu)燃(ran)燒、顏料(liao)濃縮液(ye)(ye)(ye)的(de)(de)分散、飛沫傳播過(guo)程(cheng)等。采取(qu)措施如降低液(ye)(ye)(ye)滴(di)表面張(zhang)力、加快液(ye)(ye)(ye)滴(di)的(de)(de)形態(tai)變(bian)(bian)化是改善(shan)噴霧(wu)燃(ran)燒和(he)蒸(zheng)發(fa)(fa)冷卻(que)效果的(de)(de)常用技術手段，需要(yao)了(le)解相(xiang)(xiang)應(ying)過(guo)程(cheng)中(zhong)液(ye)(ye)(ye)滴(di)的(de)(de)形變(bian)(bian)規律(lv)。大多數(shu)對(dui)氣(qi)液(ye)(ye)(ye)兩相(xiang)(xiang)流(liu)的(de)(de)數(shu)值(zhi)模(mo)擬分析(xi)中(zhong)常假設液(ye)(ye)(ye)滴(di)為球形，但在(zai)實際(ji)情況中(zhong)，液(ye)(ye)(ye)滴(di)的(de)(de)形變(bian)(bian)對(dui)受(shou)力、蒸(zheng)發(fa)(fa)的(de)(de)影響(xiang)(xiang)不容忽(hu)略。因此通過(guo)實驗(yan)方法研究液(ye)(ye)(ye)滴(di)形變(bian)(bian)的(de)(de)一般(ban)規律(lv)對(dui)修(xiu)正(zheng)數(shu)學模(mo)型以及優化工(gong)程(cheng)實際(ji)應(ying)用具有重(zhong)要(yao)意義。

液滴下落(luo)形態(tai)

液(ye)滴(di)垂直滴(di)入(ru)靜止空(kong)氣流場下落過程中，受到的(de)質量(liang)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)為(wei)重力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(空(kong)氣與液(ye)滴(di)的(de)密度相差(cha)很大忽略浮(fu)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)影響)，表(biao)面力(li)(li)(li)(li)(li)(li)為(wei)曳力(li)(li)(li)(li)(li)(li)和表(biao)面張力(li)(li)(li)(li)(li)(li)。特征長度取等體積(ji)當量(liang)直徑de），則液(ye)滴(di)的(de)形變特征可由量(liang)綱1數(shu)(重力(li)(li)(li)(li)(li)(li)與表(biao)面張力(li)(li)(li)(li)(li)(li)之比(bi))、We=ρcurelde/σ(曳力(li)(li)(li)(li)(li)(li)與表(biao)面張力(li)(li)(li)(li)(li)(li)之比(bi))，（慣性力(li)(li)(li)(li)(li)(li)與黏(nian)性力(li)(li)(li)(li)(li)(li)之比(bi)）、表(biao)示。

根據上述(shu)量綱1數得到了(le)不同范圍內(nei)液(ye)滴或氣(qi)泡(pao)的(de)(de)形變特(te)征區間，可(ke)由(you)此大致判斷形狀變化(hua)。液(ye)滴下落過(guo)程中(zhong)，周圍流體(ti)繞過(guo)液(ye)滴，初始(shi)會在液(ye)滴后部形成穩定(ding)的(de)(de)線(xian)性(xing)或者帶有渦旋(xuan)的(de)(de)尾(wei)跡。隨著(zhu)Re的(de)(de)不斷增(zeng)大，液(ye)滴后部形成非穩態的(de)(de)尾(wei)跡剝離使(shi)液(ye)滴自身發生非穩定(ding)性(xing)形變即振動現(xian)象(xiang)。對于(yu)高黏度比(bi)κ，如液(ye)滴在氣(qi)體(ti)中(zhong)運(yun)動，當(dang)Re≈200時振動現(xian)象(xiang)產生，對于(yu)低κ如氣(qi)泡(pao)在液(ye)體(ti)中(zhong)運(yun)動，產生振動的(de)(de)臨(lin)界Re≈1000。

對(dui)于穩態形(xing)(xing)變(bian)(bian)(bian)(bian)Savic提出了(le)(le)高(gao)(gao)Re下界面(mian)正(zheng)壓平衡公(gong)式，Pruppacher等(deng)在(zai)其基礎上進(jin)行(xing)了(le)(le)修正(zheng)并(bing)確定(ding)了(le)(le)不同粒(li)徑(jing)范(fan)圍液(ye)滴(di)的(de)(de)(de)(de)形(xing)(xing)變(bian)(bian)(bian)(bian)情況。對(dui)于非穩態形(xing)(xing)變(bian)(bian)(bian)(bian)，一(yi)般常用(yong)周(zhou)期(qi)和振(zhen)(zhen)幅(fu)來描(miao)述，Lamb建立了(le)(le)忽略黏性(xing)力(li)的(de)(de)(de)(de)液(ye)滴(di)自然(ran)振(zhen)(zhen)動周(zhou)期(qi)的(de)(de)(de)(de)基本模型并(bing)得(de)(de)(de)到了(le)(le)Yao等(deng)的(de)(de)(de)(de)驗證。對(dui)于振(zhen)(zhen)動周(zhou)期(qi)與(yu)尾跡(ji)剝(bo)離周(zhou)期(qi)的(de)(de)(de)(de)關系(xi)，Winnikow等(deng)和Edge等(deng)分別得(de)(de)(de)到了(le)(le)不同的(de)(de)(de)(de)結論。隨著高(gao)(gao)速攝像技術的(de)(de)(de)(de)發展，實驗研(yan)究成為揭(jie)示非穩態液(ye)滴(di)形(xing)(xing)變(bian)(bian)(bian)(bian)振(zhen)(zhen)動周(zhou)期(qi)和振(zhen)(zhen)幅(fu)變(bian)(bian)(bian)(bian)化規(gui)律(lv)的(de)(de)(de)(de)重要(yao)途徑(jing)之一(yi)。Kenneth等(deng)研(yan)究了(le)(le)2.5～4 mm粒(li)徑(jing)范(fan)圍的(de)(de)(de)(de)雨滴(di)從25 m自由下落的(de)(de)(de)(de)振(zhen)(zhen)幅(fu)變(bian)(bian)(bian)(bian)化規(gui)律(lv)，發現液(ye)滴(di)在(zai)達到終(zhong)速度(du)前振(zhen)(zhen)幅(fu)不斷減(jian)弱(ruo)，達到終(zhong)速度(du)后不斷增強，最后形(xing)(xing)變(bian)(bian)(bian)(bian)振(zhen)(zhen)動與(yu)渦旋尾跡(ji)剝(bo)離達到共振(zhen)(zhen)而逐漸趨于穩定(ding)。Dubrovskii等(deng)研(yan)究了(le)(le)純液(ye)滴(di)和兩相液(ye)滴(di)的(de)(de)(de)(de)形(xing)(xing)變(bian)(bian)(bian)(bian)規(gui)律(lv)，并(bing)得(de)(de)(de)到了(le)(le)Laplace數（Lp）與(yu)振(zhen)(zhen)動周(zhou)期(qi)之間的(de)(de)(de)(de)關系(xi)。Volkov等(deng)在(zai)Dubrovskii等(deng)的(de)(de)(de)(de)基礎上分別研(yan)究了(le)(le)粒(li)徑(jing)、瞬時速度(du)、液(ye)滴(di)與(yu)流場溫差(cha)對(dui)振(zhen)(zhen)動周(zhou)期(qi)及振(zhen)(zhen)幅(fu)的(de)(de)(de)(de)影響(xiang)。表面(mian)張力(li)直接影響(xiang)液(ye)滴(di)的(de)(de)(de)(de)形(xing)(xing)狀，但單純控制表面(mian)張力(li)比較困難，前人研(yan)究中多通過改(gai)變(bian)(bian)(bian)(bian)工質來間接得(de)(de)(de)到表面(mian)張力(li)與(yu)非穩態形(xing)(xing)變(bian)(bian)(bian)(bian)規(gui)律(lv)的(de)(de)(de)(de)關系(xi)。