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微膠囊和復合納米纖維的有效方法，它們與電場作用下同軸射流的穩(wěn)定性密切相關。而目前對同軸帶電射流穩(wěn)定性的研究甚少。本文首次通過時間穩(wěn)定性分析的方法，分別研究了徑向電場和軸向電場作用下同軸射流的無粘穩(wěn)定性、以及外驅動情況下同軸射流的軸對稱粘性穩(wěn)定性，給出了解析形式的色散關系表達式，并數值求解了本征值，分析了電場、電導率、介電常數等電學參數以及重要的水動力學參數對同軸射流穩(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，徑向電場對para-sinuous模和para-varicose模均起到促進不穩(wěn)定的作用，軸向電場對它們起到抑制不穩(wěn)定的作用，另外，軸向電場對transitional模起到促進不穩(wěn)定的作用。通過比較外驅動和內驅動情況下的計算結果以及軸向電場作用下的穩(wěn)定性分析結果，發(fā)現流體的電導率和介電常數對不穩(wěn)定模的增長率有著復雜而顯著的影響。當考慮

3、流體粘性時，發(fā)現軸對稱不穩(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合液滴。另外，在粘性情況下，給出了大、小相對電松弛時間近似的計算結果。 本文首次通過Chebyshev譜配置法數值計算了外驅動情況下同軸射流在徑向電場、以及徑向電場和軸向電場共同作用下的粘性穩(wěn)定性，比較了軸對稱和

4、非軸對稱不穩(wěn)定性的時間增長率，分析了電場對它們的影響規(guī)律。計算發(fā)現，與軸對稱情況不同，在非軸對稱不穩(wěn)定下只存在一種不穩(wěn)定模，即非軸對稱para-sinuous模，而且此模只有在徑向電場強度足夠大時才存在。在長波附近，非軸對稱para-sinuous模要比軸對稱para-sinuous模不穩(wěn)定，意味著非軸對稱模主導著長波不穩(wěn)定性。徑向電場對軸對稱和非軸對稱模均起到不同程度的促進作用，而軸向電場對軸對稱和非軸對稱模均起到不同程度的抑制作用。

5、計算發(fā)現，在流體粘性較高或者界面張力較小的情況下，非軸對稱模的增長率遠遠超過軸對稱模的增長率，因此較易在實驗中實現。 本文首次對粘性單流體射流進行了實驗和穩(wěn)定性分析的比較。理論和實驗的比較說明，穩(wěn)定性分析可以定性地預測射流的不穩(wěn)定模以及電場對軸對稱模和非軸對稱模轉化的影響，但在定量上，只有對粘性較高的流體，理論預測與實驗結果吻合較好，而對粘性較低的流體，穩(wěn)定性理論不能準確預測非軸對稱模的最有可能波長。另外，研究了單流體射流的絕對