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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(duì)大體積流體的高速撞擊與雨滴對(duì)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(gè)下表面空洞和一個(gè)頂部，頂部封閉成一個(gè)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(dòng)力學(xué)。通過(guò)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(duì)油層破裂和冠層性質(zhì)進(jìn)行了分類(lèi)。
對(duì)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(jìng)爭(zhēng)性的We效應(yīng)，因?yàn)檠杆俚墓趯雨P(guān)閉被發(fā)現(xiàn)阻礙空腔膨脹。時(shí)間分辨的運(yùn)動(dòng)學(xué)測(cè)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(zhǎng)。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(zhǎng)和向上掃蕩時(shí)，間歇性液滴的釋放被認(rèn)為有助于大小依賴(lài)的空間順序。當(dāng)存在原油層時(shí)，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(huì)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(shí)驗(yàn)做準(zhǔn)備。
(b) 相對(duì)于濺射頂部和液體表面全息觀(guān)測(cè)的視場(chǎng)范圍的樣本圖像(撞擊后的時(shí)間=3毫秒;小時(shí)=400微米)。上視場(chǎng)(黑色輪廓)用于測(cè)量液滴統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，而下視場(chǎng)(白色輪)用來(lái)檢查早期時(shí)間點(diǎn)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(gè)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(guò)濾后的自來(lái)水“雨滴”都由一臺(tái)計(jì)算機(jī)控制的注射泵產(chǎn)生，該泵通過(guò)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(shí)現(xiàn)各種雨滴沖擊速度。丙烯酸鹽罐裝滿(mǎn)人造海水至深度為8厘米。在可視化方面，水箱由500W鹵素?zé)襞荼彻猓饩€(xiàn)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(duì)于系列--可視化，CMOS傳感器分辨率為2016像素x2016像素，視場(chǎng)為5.7厘米*5.7厘米，幀率為1000fps，曝光時(shí)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(duì)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(shí)間為300us。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，液滴穩(wěn)定地產(chǎn)生在0.5fps的速度，以實(shí)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(shí)移走時(shí)，只允許一滴水滴通過(guò)，沖擊浮油。
由于在這些測(cè)量期間全息圖的焦平面位于樣品體積的中心，重建生成對(duì)稱(chēng)地位于全息圖平面兩側(cè)的同一個(gè)物體的兩幅圖像(真實(shí)圖像和虛擬圖像)，每個(gè)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(lái)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(duì)于這個(gè)撞擊點(diǎn)在空間中的深度位置和角度位置不確定。為了估計(jì)這種不確定性對(duì)液滴空間分布的影響，我們計(jì)算了兩次，一次假設(shè)所有液滴都位于真實(shí)圖像場(chǎng)，二次假設(shè)它們被發(fā)現(xiàn)在虛擬圖像場(chǎng)。結(jié)果之間的比較表明，影響可以忽略不計(jì)。
德國(guó)Excelitas PCO公司pco.dimax高速相機(jī)，具備高分辨率、高感光度、高幀率的優(yōu)點(diǎn)，將高速實(shí)驗(yàn)過(guò)程完美記錄，為實(shí)驗(yàn)提供強(qiáng)而有力的圖像數(shù)據(jù)支持。
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