雨滴撞击浮油的飞溅特性和海洋油气溶胶的产生

（论文部分内容摘抄）

液滴对大体积流体的高速撞击与雨滴对海面的影响产生海洋气溶胶有关。这些溅射产生一个下表面空洞和一个顶部，顶部封闭成一个气泡罩，但漂浮的不可混溶的油层，例如原油浮油，改变溅射动力学。通过高速可视化研究了油层流体性质、厚度、液滴大小和冲击速度的影响。用尺度标度法对油层破裂和冠层性质进行了分类。

对厚层的冲击的地下空腔体积被示出取决于雷诺数(Re)，尽管在高Re的冠层形成引入了竞争性的We效应，因为迅速的冠层关闭被发现阻碍空腔膨胀。时间分辨的运动学测量结果表明，薄的原油浮油同样改变了冠层闭合和空腔的生长。使用高速全息显微镜检查空气中的液滴的大小和空间分布。水滴具有双峰分布，大小在不同高度角集聚。小液滴主要以浅角度喷射，较大的液滴在较高的仰角处被发现，这表明不稳定作用于从冠状部向上突出的大韧带而产生。当韧带生长和向上扫荡时，间歇性液滴的释放被认为有助于大小依赖的空间顺序。当存在原油层时，在高海拔角度产生更多的小液滴，表明韧带断裂形成卫星液滴。原油层也会增加目标流体奥涅索德数，导致形成完整的喷射片，然后喷射片破裂形成气溶胶化的油滴。

(a)   为高速可视化实验做准备。

(b)   相对于溅射顶部和液体表面全息观测的视场范围的样本图像(撞击后的时间=3毫秒；小时=400微米)。上视场(黑色轮廓)用于测量液滴统计数据，而下视场(白色轮)用来检查早期时间点的液滴生成机制。标尺为4毫米。

(c)   全息设置的俯视图。

油层组成和厚度各不相同。在第三个系列中，油层组成、厚度和液滴速度变化较大。在所有情况下，过滤后的自来水“雨滴”都由一台计算机控制的注射泵产生，该泵通过软管连接到不锈钢钝头分配针，该针安装在水箱底座上方，以实现各种雨滴冲击速度。丙烯酸盐罐装满人造海水至深度为8厘米。在可视化方面，水箱由500W卤素灯泡背光，光线由半透明粘合纸扩散。图像由配备高速摄像机(pco.dimax)记录。对于系列--可视化，CMOS传感器分辨率为2016像素×2016像素，视场为5.7厘米*5.7厘米，帧率为1000fps，曝光时间为100us。空间分辨率为水面以上28.8 um像素，水面以下28.2um像素。对于与其他油的可视化，传感器尺寸减小到1824×1888使采集速率提高到1500fps，曝光时间为300us。在实验过程中，液滴稳定地产生在0.5fps的速度，以实现可重复性。放置在油箱上方的吸附纸充当“百叶窗”，当浮油被暂时移走时，只允许一滴水滴通过，冲击浮油。

由于在这些测量期间全息图的焦平面位于样品体积的中心，重建生成对称地位于全息图平面两侧的同一个物体的两幅图像(真实图像和虚拟图像)，每个液滴在重建体积中出现两次。因此，我们只需要重建一半的体积来记录所有的液滴。然而雨滴撞击位置的轻微偏移导致这些水滴相对于这个撞击点在空间中的深度位置和角度位置不确定。为了估计这种不确定性对液滴空间分布的影响，我们计算了两次，一次假设所有液滴都位于真实图像场，二次假设它们被发现在虚拟图像场。结果之间的比较表明，影响可以忽略不计。

德国Excelitas PCO公司pco.dimax高速相机，具备高分辨率、高感光度、高帧率的优点，将高速实验过程完美记录，为实验提供强而有力的图像数据支持。

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