张彦振教授团队在超高频电流体动力射流机理领域取得重要进展并被选为Editor’s Pick

2025-10-14 15:57:09

近日,我系张彦振教授团队机械工程专业博士研究生李子豪,硕士研究生相腾在电流体动力打印技术领域取得重要进展,相关研究成果《脉动流电喷雾中的液面动力学和射流转变》(Meniscus dynamics and jetting transitions in pulsatile flow electrosprays)发表在《Physics of Fluids》期刊,并被选为“Editor’s Pick”(每期占比为2-3%)。该期刊是流体力学领域的国际知名期刊,目前影响因子为4.2SCI二区)。该研究中博士研究生李子豪、硕士研究生相腾为第一作者,通讯作者为张彦振教授和Ioan Marginean,中国石油大学(华东)为第一署名单位和通讯单位,巴尔的摩大学为第二署名单位和通讯单位。研究工作得到国家自然科学基金,山东省优秀青年基金以及“泰山学者”青年专家计划等项目的大力支持。

电喷雾所产生的喷射(ES jet)是表面张力和静电力作用在弯液面上的相互作用的结果。Rayleigh类型的毛细管波控制着经典脉动电喷雾的界面动力学,与符合泊肃叶分布形式的充液流场相作用,使得使喷射始终与弯月面的外凸过程同步。这从根本上限制了经典电喷雾的脉动频率远小于液面所对应的二阶毛细波频率,较低的喷射通量显著阻碍了ES jet在打印领域的应用。

在近期的研究中,我们发现电场中振荡的弯液面会在微秒尺度内诱发ES喷射,其喷孔处脉动流场(Womersley数主导)与电应力相互作用可将PFES的喷射频率提升并接近二阶毛细波色散频率。这项研究中,我们证明,除了 Womersley数(表征脉动流场频率)之外,Strouhal数(表征液面振荡强度)还会影响喷嘴的喷射行为。我们结合了实验、分析建模和数值模拟,阐明了各种脉动流场下的机制和喷射特性。此外,基于实验结果和无量纲参数分析,构建了脉动流电喷雾的状态图,以划定不同喷射行为之间的边界。这些发现为PFES的喷射机理提供了见解,并为其喷射模式的调制提供了指导,从而为改进ES的喷射控制及液滴分配奠定了理论基础。


责任编辑:史君涵

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