近日，土建學(xué)院研究團(tuán)隊(duì)在流體力學(xué)研究領(lǐng)域頂級(jí)期刊《Journal of Fluid Mechanics》（簡(jiǎn)稱(chēng)JFM，劍橋大學(xué)出版社旗下核心期刊之一，是流體力學(xué)領(lǐng)域的旗艦期刊）發(fā)表題為“Instability of a weakly viscoelastic film flow on an oscillating inclined plane”的原創(chuàng)性研究成果（J. Fluid Mech. 2024, vol. 987, A36，DOI: https://doi.org/10.1017/jfm.2024.412）。山東大學(xué)為該論文的第一完成單位，土建學(xué)院碩士研究生杜少楓為論文第一作者，力學(xué)系副教授趙茉莉?yàn)楹献餮芯空撸W(xué)系助理研究員肖越、教授王少偉為通訊作者。
在航空航天推進(jìn)系統(tǒng)中，燃油的噴注霧化過(guò)程常簡(jiǎn)化為平面液膜的穩(wěn)定性問(wèn)題。液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)中的不穩(wěn)定燃燒導(dǎo)致的壁面振蕩對(duì)推進(jìn)系統(tǒng)的正常工作和結(jié)構(gòu)安全有著重要的影響。鑒于平面液膜的初始穩(wěn)定性影響著最終破碎形成的液滴尺寸及分布，因此研究振蕩液膜的穩(wěn)定性不僅對(duì)工程問(wèn)題具有較大的應(yīng)用價(jià)值，且作為經(jīng)典的流體力學(xué)問(wèn)題，也得到了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的密切關(guān)注。先前的研究主要集中在牛頓流體液膜的穩(wěn)定性方面，對(duì)于非牛頓流體液膜動(dòng)力學(xué)特性研究則較為缺乏。
該論文在國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目的支持下，通過(guò)線性穩(wěn)定性分析方法研究了弱黏彈性液膜在振蕩斜面上的長(zhǎng)波和有限波長(zhǎng)不穩(wěn)定性。利用Chebyshev級(jí)數(shù)解和Floquet理論，描述了當(dāng)斜面存在流向和壁面法向振蕩時(shí)，黏彈性和強(qiáng)迫振蕩對(duì)失穩(wěn)的耦合作用。對(duì)于長(zhǎng)波長(zhǎng)不穩(wěn)定性，用漸近展開(kāi)法解析地得到了特征值問(wèn)題的解。理論分析表明：Floquet指數(shù)與壁面法向振蕩振幅無(wú)關(guān)，并討論了傾斜角、重力和表面張力對(duì)黏彈性液膜穩(wěn)定性的影響。對(duì)于有限波長(zhǎng)不穩(wěn)定性，隨著黏彈性的增加，重力不穩(wěn)定的邊界向更高的波數(shù)移動(dòng)，次諧波和次諧波不穩(wěn)定的臨界振幅降低。此外，考慮黏彈性的影響后，在小傾角下發(fā)現(xiàn)了一種新的振蕩模態(tài)。以上研究結(jié)論將會(huì)促進(jìn)學(xué)者們對(duì)非牛頓液膜的流動(dòng)系統(tǒng)失穩(wěn)過(guò)程的理解。
近年來(lái)，該課題組面向流體力學(xué)領(lǐng)域的重要基礎(chǔ)問(wèn)題，在非牛頓流體液膜穩(wěn)定性方面連續(xù)發(fā)表了數(shù)篇有影響力的研究成果：
1. J. Fluid Mech. (2024), vol. 987, A36, doi:10.1017/jfm.2024.412
2. Phys. Fluids. (2024), 36, 084118, https://doi.org/10.1063/5.0223251
3. Phys. Fluids. (2024), 36, 053109, https://doi.org/10.1063/5.0210250
4. J. Fluid Mech. (2023), vol. 973, A39, doi:10.1017/jfm.2023.759
文：肖越
圖：肖越
