Revision of Bubble Bursting: Universal Scaling Laws of Top Jet Drop Size and Speed

物理 能量(信号处理) 缩放比例 半径 数学物理 量子力学 几何学 数学 计算机安全 计算机科学
作者
Alfonso M. Gañán‐Calvo
出处
期刊:Physical Review Letters [American Physical Society]
卷期号:119 (20): 204502-204502 被引量:115
标识
DOI:10.1103/physrevlett.119.204502
摘要

The collapse of a bubble of radius R_{o} at the surface of a liquid generating a liquid jet and a subsequent first drop of radius R is universally scaled using the Ohnesorge number Oh=μ/(ρσR_{o})^{1/2} and a critical value Oh^{*} below which no droplet is ejected; ρ, σ, and μ are the liquid density, surface tension, and viscosity, respectively. First, a flow field analysis at ejection yields the scaling of R with the jet velocity V as R/l_{μ}∼(V/V_{μ})^{-5/3}, where l_{μ}=μ^{2}/(ρσ) and V_{μ}=σ/μ. This resolves the scaling problem of curvature reversal, a prelude to jet formation. In addition, the energy necessary for the ejection of a jet with a volume and averaged velocity proportional to R_{o}R^{2} and V, respectively, comes from the energy excess from the total available surface energy, proportional to σR_{o}^{2}, minus the one dissipated by viscosity, proportional to μ(σR_{o}^{3}/ρ)^{1/2}. Using the scaling variable φ=(Oh^{*}-Oh)Oh^{-2}, it yields V/V_{μ}=k_{v}φ^{-3/4} and R/l_{μ}=k_{d}φ^{5/4}, which collapse published data since 1954 and resolve the scaling of R and V with k_{v}=16, k_{d}=0.6, and Oh^{*}=0.043 when gravity effects are negligible.
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