The formation of drops at the surface of turbulent liquids, e.g., turbulent primary breakup, was studied experimentally. Pulsed shadowgraphy and holography were used to observe the properties of the liquid surface and the drops formed by turbulent primary breakup. Measured properties included liquid surface velocities, conditions at the onset of ligament and drop formation, ligament and drop sizes, ligament and drop velocities and rates of drop formation. Phenomenological theories were used to help interpret and correlate the measurements. Present results show that the onset of ligament formation occurs once the kinetic energy of the turbulent eddies that form the ligaments exceeds the required surface tension energy of a ligament of comparable size. Subsequently, the onset of drop formation occurs once drops form at the tips of ligaments due to Rayleigh breakup. This same mechanism controls the subsequent variation of drop sizes due to turbulent primary breakup as a function of distance from the jet exit. In addition, ligament and drop velocities were associated with mean and fluctuating velocities of the liquid, and rates of drop formation could be expressed by surface efficiency factors defined as the fraction of the maximum cross stream liquid mass flux

چکیده

تشکیل قطرات در سطح مایعات آشفته، نظیر فروپاشی آشفته، بصورت تجربی مطالعه شد. سایه نگاری و هالوگرافی ضربانی برای مشاهده خواص سطح مایع و قطرات تشکیل شده توسط فروپاشی اولیه آشفته مورد استفاده قرار گرفت. خواص اندازه‌گیری شده شامل سرعت‌های سطح مایع، شرایط آغاز تشکیل رباط و قطره، اندازه قطره و رباط، سرعت‌های قطره و رباط و نرخ تشکیل قطره بودند. نظریه‌های پدیده‌شناختی برای برای کمک به تفسیر و مرتبط ساختن اندازه‌گیری‌ها مورد استفاده قرار گرفتند. طبق نتایج حاضر، به محض اینکه انرژی جنبشی جریان متلاطم تشکیل دهنده رباط، از انرژی سطحی لازم برای رباط با اندازه مشابه بیشتر شود، فرآیند تشکیل رباط آغاز می‌شود. متعاقباً تشکیل قطره به محض تشکیل قطرات در نوک رباط‌ها به دلیل فروپاشی ریلی، آغاز می‌شود. این سازوکار یکسان، تغییرات متعاقب اندازه قطره که از فروپاشی اولیه آشفته به عنوان تابعی از فاصله تا خروجی جت ناشی می‌شود، را کنترل می‌کند. به علاوه، سرعت‌های قطره و رباط با سرعت‌های متوسط و نواسان کننده مایع متناظر بوده و نرخ تشکیل قطره را می‌توان با فاکتورهای اثربخشی سطحی که بصورت تابعی از شار جرمی مایع در جهت عرضی جریان بیان نمود.

-1مقدمه

فروپاشی اولیه آشفته برای تشکیل اسپری در حین پدیده‌های مختلف صنعتی و طبیعی نظیر ریزسازی پاششی و جت‌های مایع، ناودان‌ها و مجراهای سرریز، استخرهای شیرجه، جهش‌های هیدرولیک و bow sheets، موج‌های شکننده، آبشارها و غیره. فرآیندهای فروپاشی اولیه آشفته در حین مطالعات اولیه در زمینه تصویرسازی جریان توسط De Juhasz و همکاران [1]  و نیز Lee و Spencer [2] مشاهده شدند. مطالعات بعدی توسط Schweitzer [3]، Grant و Middlemen [4]، Phinney و  [5] McCarthy و Malloy [6] نشان دادند که خواص آشفتگی مایع بر روی پایداری جت، آغاز فروپاشی و کیفیت اسپری بعد از فروپاشی تأثیرگذار است. در نهایت، Hoyt و Taylor [7 و 8] نشان دادند که اثرات آیرودینامیکی برای فروپاشی اولیه آشفته جت‌های مایع آشفته در هوای ساکن و در دما و فشار استاندار (STP)، عموماً در درجه دوم اهمیت قرار دارند…