Role of viscosity in turbulent drop break-up

物理 下降(电信) 雷诺数 湍流 均匀各向同性湍流 毛细管数 同种类的 机械 热力学 毛细管作用 直接数值模拟 电信 计算机科学
作者
Palas Kumar Farsoiya,Zehua Liu,Andreas Daiss,Rodney O. Fox,Luc Deike
出处
期刊:Journal of Fluid Mechanics [Cambridge University Press]
卷期号:972 被引量:29
标识
DOI:10.1017/jfm.2023.684
摘要

We investigate drop break-up morphology, occurrence, time and size distribution, through large ensembles of high-fidelity direct-numerical simulations of drops in homogeneous isotropic turbulence, spanning a wide range of parameters in terms of the Weber number $We$ , viscosity ratio between the drop and the carrier flow $\mu _r=\mu _d/\mu _l$ , where d is the drop diameter, and Reynolds ( $Re$ ) number. For $\mu _r \leq 20$ , we find a nearly constant critical $We$ , while it increases with $\mu _r$ (and $Re$ ) when $\mu _r > 20$ , and the transition can be described in terms of a drop Reynolds number. The break-up time is delayed when $\mu _r$ increases and is a function of distance to criticality. The first break-up child-size distributions for $\mu _r \leq 20$ transition from M to U shape when the distance to criticality is increased. At high $\mu _r$ , the shape of the distribution is modified. The first break-up child-size distribution gives only limited information on the fragmentation dynamics, as the subsequent break-up sequence is controlled by the drop geometry and viscosity. At high $We$ , a $d^{-3/2}$ size distribution is observed for $\mu _r \leq 20$ , which can be explained by capillary-driven processes, while for $\mu _r > 20$ , almost all drops formed by the fragmentation process are at the smallest scale, controlled by the diameter of the very extended filament, which exhibits a snake-like shape prior to break-up.
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