张海翔, 何 枫, 张锡文, 郝鹏飞

(清华大学 工程力学系, 北京 100084)

0 引 言

超声振动可以雾化液体，广泛应用于不同领域，如喷射冷却、喷墨打印、农药喷洒、大气研究等[1-3]。自从19世纪以来，学者们对超声雾化产生的机理进行了大量的研究，先后提出了2种假设：毛细波假设和空化假设[4-5]。

当液滴或液膜位于振动的固体表面上时，在液体表面会形成表面毛细波。1831年，Faraday第一次报道了表面毛细波的频率等于振动激励频率的一半。之后，Farady不稳定性一直都被认为是导致液体雾化的主要因素[6-7]。Lang通过实验研究证实了超声雾化形成的主要原因是表面毛细波的波峰在振幅足够大的情况下会破碎并喷射出小液滴, 同时，还发现雾化小液滴的平均直径和毛细波的波长呈线性相关，比例系数为0.34[8]。Peskin和Raco考虑了液膜厚度的影响并对Lang方程进行了修正[9]。随后，很多国内外学者基于Lang方程得到了雾化液滴的平均直径和液体的雾化参数之间的关系。2014年，Li和Umemura证明，对于一个较厚的液膜，雾化发生的条件仅仅取决于超声激励强度[10-11]。

对一个静止液滴而言，大量的研究都用毛细波假设来解释液滴的雾化现象。James等发现振动表面上液滴的雾化和振动表面的加速度幅值(A·f2)有关，并定义了液滴能够发生雾化的加速度幅值的临界阈值[12-13]。Deepu等对液滴的铺展、破碎和雾化速率等超声雾化的动力学特性进行了系统的研究，发现液体的黏度对雾化速率有很大的影响[4-5,14]。Liu等利用高速摄影的方法记录了一个液滴在一个振动平板上的变形和破碎过程，并验证了Lang方程仍然适用于球形法拉第理论[15-16]。……