同軸帶電射流的穩(wěn)定性研究.pdf

1、同軸電霧化和同軸電紡絲是生產(chǎn)微膠囊和復(fù)合納米纖維的有效方法，它們與電場(chǎng)作用下同軸射流的穩(wěn)定性密切相關(guān)。而目前對(duì)同軸帶電射流穩(wěn)定性的研究甚少。本文首次通過時(shí)間穩(wěn)定性分析的方法，分別研究了徑向電場(chǎng)和軸向電場(chǎng)作用下同軸射流的無粘穩(wěn)定性、以及外驅(qū)動(dòng)情況下同軸射流的軸對(duì)稱粘性穩(wěn)定性，給出了解析形式的色散關(guān)系表達(dá)式，并數(shù)值求解了本征值，分析了電場(chǎng)、電導(dǎo)率、介電常數(shù)等電學(xué)參數(shù)以及重要的水動(dòng)力學(xué)參數(shù)對(duì)同軸射流穩(wěn)定性的影響規(guī)律。在無粘穩(wěn)定性分析中，發(fā)現(xiàn)了

2、para-sinuous模、para-varicose模和transitional模三種不同的不穩(wěn)定模，徑向電場(chǎng)對(duì)para-sinuous模和para-varicose模均起到促進(jìn)不穩(wěn)定的作用，軸向電場(chǎng)對(duì)它們起到抑制不穩(wěn)定的作用，另外，軸向電場(chǎng)對(duì)transitional模起到促進(jìn)不穩(wěn)定的作用。通過比較外驅(qū)動(dòng)和內(nèi)驅(qū)動(dòng)情況下的計(jì)算結(jié)果以及軸向電場(chǎng)作用下的穩(wěn)定性分析結(jié)果，發(fā)現(xiàn)流體的電導(dǎo)率和介電常數(shù)對(duì)不穩(wěn)定模的增長(zhǎng)率有著復(fù)雜而顯著的影響。當(dāng)考慮

3、流體粘性時(shí)，發(fā)現(xiàn)軸對(duì)稱不穩(wěn)定性只存在兩種不穩(wěn)定模，即para-sinuous模和para-varicose模，粘性對(duì)它們均起到抑制的作用。在大部分的情況下，para-sinuous模最不穩(wěn)定，這意味著同軸射流最終破碎成復(fù)合液滴。另外，在粘性情況下，給出了大、小相對(duì)電松弛時(shí)間近似的計(jì)算結(jié)果。 本文首次通過Chebyshev譜配置法數(shù)值計(jì)算了外驅(qū)動(dòng)情況下同軸射流在徑向電場(chǎng)、以及徑向電場(chǎng)和軸向電場(chǎng)共同作用下的粘性穩(wěn)定性，比較了軸對(duì)稱和

4、非軸對(duì)稱不穩(wěn)定性的時(shí)間增長(zhǎng)率，分析了電場(chǎng)對(duì)它們的影響規(guī)律。計(jì)算發(fā)現(xiàn)，與軸對(duì)稱情況不同，在非軸對(duì)稱不穩(wěn)定下只存在一種不穩(wěn)定模，即非軸對(duì)稱para-sinuous模，而且此模只有在徑向電場(chǎng)強(qiáng)度足夠大時(shí)才存在。在長(zhǎng)波附近，非軸對(duì)稱para-sinuous模要比軸對(duì)稱para-sinuous模不穩(wěn)定，意味著非軸對(duì)稱模主導(dǎo)著長(zhǎng)波不穩(wěn)定性。徑向電場(chǎng)對(duì)軸對(duì)稱和非軸對(duì)稱模均起到不同程度的促進(jìn)作用，而軸向電場(chǎng)對(duì)軸對(duì)稱和非軸對(duì)稱模均起到不同程度的抑制作用。

5、計(jì)算發(fā)現(xiàn)，在流體粘性較高或者界面張力較小的情況下，非軸對(duì)稱模的增長(zhǎng)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過軸對(duì)稱模的增長(zhǎng)率，因此較易在實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)。 本文首次對(duì)粘性單流體射流進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)和穩(wěn)定性分析的比較。理論和實(shí)驗(yàn)的比較說明，穩(wěn)定性分析可以定性地預(yù)測(cè)射流的不穩(wěn)定模以及電場(chǎng)對(duì)軸對(duì)稱模和非軸對(duì)稱模轉(zhuǎn)化的影響，但在定量上，只有對(duì)粘性較高的流體，理論預(yù)測(cè)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好，而對(duì)粘性較低的流體，穩(wěn)定性理論不能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)非軸對(duì)稱模的最有可能波長(zhǎng)。另外，研究了單流體射流的絕對(duì)