Oscillation-assisted liquid breakup of micron-sized droplets

分手 机械 物理 表面张力 喷射(流体) 韦伯数 振荡(细胞信号) 缩放比例 振幅 毛细管作用 流体体积法 喷嘴 激发 瑞利散射 经典力学 两相流 毛细管波 流动可视化 流量(数学) 包络线(雷达) 热的 瑞利-泰勒不稳定性 光学 零重力 射弹 毛细管数 体积流量 平面的 椭球体 曲面(拓扑) 阀体孔板 围带
作者
Suliang Hu,Xinyao Guo,Alexander V. Bukharov,Huilin Lu
出处
期刊:Physics of Fluids [American Institute of Physics]
卷期号:38 (1)
标识
DOI:10.1063/5.0293103
摘要

Liquid droplet radiators (LDRs) provide lightweight, high-safety thermal management for space applications, but conventional Rayleigh-jet systems produce high-velocity droplets that cause splashing and fluid loss. This study employs a dynamic mesh VOF method to simulate piezoelectric-actuated droplet generation, revealing how surface tension, channel angle, and excitation parameters control droplet morphology. Results demonstrate that droplet spacing increases with surface tension and excitation amplitude, while droplet diameter decreases with higher amplitude and frequency. Jet breakup length shortens with larger channel angles and increased excitation intensity. Force analysis identifies inertial promotion vs capillary suppression of jet growth, with the Weber number governing extension rate. Optimal performance occurs at 45°–60° channel angles, where droplet oscillation is minimized. Five flow regimes are classified dimensionlessly, and a frequency correlation based on Rayleigh theory establishes a design criterion for monodisperse droplet generation via Re–Oh scaling for the nozzle with diameter of 20 μm.

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