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雨滴撞擊浮油的飛濺特性和海洋油氣溶膠的產(chǎn)生
液滴對大體積流體的高速撞擊與雨滴對海面的影響產(chǎn)生海洋氣溶膠有關(guān)。這些濺射產(chǎn)生一個下表面空洞和一個頂部，頂部封閉成一個氣泡罩，但漂浮的不可混溶的油層，例如原油浮油，改變?yōu)R射動力學(xué)。通過高速可視化研究了油層流體性質(zhì)、厚度、液滴大小和沖擊速度的影響。用尺度標(biāo)度法對油層破裂和冠層性質(zhì)進(jìn)行了分類。
對厚層的沖擊的地下空腔體積被示出取決于雷諾數(shù)(Re)，盡管在高Re的冠層形成引入了競爭性的We效應(yīng)，因為迅速的冠層關(guān)閉被發(fā)現(xiàn)阻礙空腔膨脹。時間分辨的運動學(xué)測量結(jié)果表明，薄的原油浮油同樣改變了冠層閉合和空腔的生長。使用高速全息顯微鏡檢查空氣中的液滴的大小和空間分布。水滴具有雙峰分布，大小在不同高度角集聚。小液滴主要以淺角度噴射，較大的液滴在較高的仰角處被發(fā)現(xiàn)，這表明不穩(wěn)定作用于從冠狀部向上突出的大韌帶而產(chǎn)生。當(dāng)韌帶生長和向上掃蕩時，間歇性液滴的釋放被認(rèn)為有助于大小依賴的空間順序。當(dāng)存在原油層時，在高海拔角度產(chǎn)生更多的小液滴，表明韌帶斷裂形成衛(wèi)星液滴。原油層也會增加目標(biāo)流體奧涅索德數(shù)，導(dǎo)致形成完整的噴射片，然后噴射片破裂形成氣溶膠化的油滴。
(a) 為高速可視化實驗做準(zhǔn)備。
(b) 相對于濺射頂部和液體表面全息觀測的視場范圍的樣本圖像(撞擊后的時間=3毫秒;小時=400微米)。上視場(黑色輪廓)用于測量液滴統(tǒng)計數(shù)據(jù)，而下視場(白色輪)用來檢查早期時間點的液滴生成機(jī)制。標(biāo)尺為4毫米。
(c) 全息設(shè)置的俯視圖。
油層組成和厚度各不相同。在第三個系列中，油層組成、厚度和液滴速度變化較大。在所有情況下，過濾后的自來水“雨滴”都由一臺計算機(jī)控制的注射泵產(chǎn)生，該泵通過軟管連接到不銹鋼鈍頭分配針，該針安裝在水箱底座上方，以實現(xiàn)各種雨滴沖擊速度。丙烯酸鹽罐裝滿人造海水至深度為8厘米。在可視化方面，水箱由500W鹵素?zé)襞荼彻?，光線由半透明粘合紙擴(kuò)散。圖像由配備高速攝像機(jī)(pco.dimax)記錄。對于系列--可視化，CMOS傳感器分辨率為2016像素x2016像素，視場為5.7厘米*5.7厘米，幀率為1000fps，曝光時間為100us。空間分辨率為水面以上28.8 um像素，水面以下28.2um像素。對于與其他油的可視化，傳感器尺寸減小到1824X1888使采集速率提高到1500fps，曝光時間為300us。在實驗過程中，液滴穩(wěn)定地產(chǎn)生在0.5fps的速度，以實現(xiàn)可重復(fù)性。放置在油箱上方的吸附紙充當(dāng)“百葉窗”，當(dāng)浮油被暫時移走時，只允許一滴水滴通過，沖擊浮油。
由于在這些測量期間全息圖的焦平面位于樣品體積的中心，重建生成對稱地位于全息圖平面兩側(cè)的同一個物體的兩幅圖像(真實圖像和虛擬圖像)，每個液滴在重建體積中出現(xiàn)兩次。因此，我們只需要重建一半的體積來記錄所有的液滴。然而雨滴撞擊位置的輕微偏移導(dǎo)致這些水滴相對于這個撞擊點在空間中的深度位置和角度位置不確定。為了估計這種不確定性對液滴空間分布的影響，我們計算了兩次，一次假設(shè)所有液滴都位于真實圖像場，二次假設(shè)它們被發(fā)現(xiàn)在虛擬圖像場。結(jié)果之間的比較表明，影響可以忽略不計。
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