连景杰, 郭加宏, 雷作胜

(1. 上海大学上海市应用数学和力学研究所, 上海 200072;2. 上海大学省部共建特殊钢冶金与制备国家重点实验室, 上海 200444)

悬浮熔炼和高温熔融金属液的黏度和表面张力等参数的测定, 既需要加热金属至熔融状态, 同时还需要利用液滴形态振荡及其衰减特性. 采用高频调幅交变电磁场, 既能加热金属,使金属液滴足以维持在较高的温度, 保持熔融状态, 又能使金属液滴产生形态振荡. 目前, 采用高频调幅交变电磁场的方法颇具应用前景.

液滴的振荡行为是研究液滴动力学的重要问题之一, 对大气科学、化工冶金、天体物理等多个领域相关问题的研究有重要意义. 早在1879 年, Rayleigh[1]在悬浮液体的形状是球形且液滴不旋转的假设下, 推导出了液滴振荡频率和表面张力的关系.

研究悬浮液滴振荡行为的方法主要有超声悬浮法和电磁悬浮法. 魏炳波课题组[2-4]在声悬浮实验中激发了液滴的多模态振荡, 研究了自由液滴表面波形成机理及模式2～9 的扇谐振荡, 并且测定了液体的表面张力; Fraser 等[5]首次将电磁悬浮液滴振荡法运用于表面张力的测定; Kocourek 等[6]将GaInSn 液滴置于高频交变电磁场的作用中, 当高频感应电流达到临界值时, 液滴就会发生不稳定现象, 其振动状态和磁场频率、液滴体积都有直接的关系; Cummings等[7]对Rayleigh 公式进行了修正, 发现在地球重力场中悬浮液滴会偏离球形, 这就会导致Rayleigh 频率的分裂与平移(振荡频谱中通常存在多个频峰……