Abstract—

In this paper, the instabilities during liquid jet impingement on a flat plate are characterized using a coupled numerical-analytical method. When a liquid jet impacts on a substrate, the liquid jet spreads on the substrate, and at a certain radius from the impact point, a circular hydraulic jump is observed in the experiments. Under certain conditions, fluid flow instabilities change the shape of the jump from circular to polygonal. From a numerical point of view, however, the simulated jump is always circular, because these instabilities are ignored in numerical simulations. Since the number of polygonal jump corners is an important characteristic of this phenomenon, the focus of this paper is to integrate the simulated circular jump characteristics into an analytical model available in the literature to obtain the number of polygonal jump corners. The volume of fluid method along with Young’s algorithm is used to track the liquid free surface during the jet impact on the substrate and subsequent deformation leading to a circular jump. Important parameters of this phenomenon that are used in the method presented in this paper include upstream/downstream height, jump radius, and jump curvature which is extracted from numerical results of the simulated circular jump. The obtained number of polygon corners is compared with that of the experiment for various cases where a good agreement is observed.

中文翻译：

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液体射流撞击平面基底时的多边形水跃特性

摘要-

在本文中，液体射流撞击平板时的不稳定性使用耦合数值分析方法进行表征。当液体射流撞击基板时，液体射流在基板上扩散，并在距撞击点一定半径处，在实验中观察到圆形水跃。在某些条件下，流体流动的不稳定性使跳跃的形状从圆形变为多边形。然而，从数值的角度来看，模拟的跳跃总是循环的，因为在数值模拟中忽略了这些不稳定性。由于多边形跳角的数量是这种现象的一个重要特征，本文的重点是将模拟的圆形跳跃特性整合到文献中可用的分析模型中，以获得多边形跳跃角的数量。流体体积法和杨氏算法用于在射流撞击基板和随后导致圆形跳跃的变形期间跟踪液体自由表面。在本文提出的方法中使用的这种现象的重要参数包括上游/下游高度、跳跃半径和从模拟圆跳跃的数值结果中提取的跳跃曲率。在观察到良好一致性的各种情况下，将获得的多边形角的数量与实验的数量进行比较。流体体积法和杨氏算法用于在射流撞击基板和随后导致圆形跳跃的变形期间跟踪液体自由表面。在本文提出的方法中使用的这种现象的重要参数包括上游/下游高度、跳跃半径和从模拟圆跳跃的数值结果中提取的跳跃曲率。在观察到良好一致性的各种情况下，将获得的多边形角的数量与实验的数量进行比较。流体体积法和杨氏算法用于在射流撞击基板和随后导致圆形跳跃的变形期间跟踪液体自由表面。在本文提出的方法中使用的这种现象的重要参数包括上游/下游高度、跳跃半径和从模拟圆跳跃的数值结果中提取的跳跃曲率。在观察到良好一致性的各种情况下，将获得的多边形角的数量与实验的数量进行比较。以及从模拟圆跳的数值结果中提取的跳曲率。在观察到良好一致性的各种情况下，将获得的多边形角的数量与实验的数量进行比较。以及从模拟圆跳的数值结果中提取的跳曲率。在观察到良好一致性的各种情况下，将获得的多边形角的数量与实验的数量进行比较。