近日，我院机电工程系青年教师薛博策在微滴喷射机理领域取得相关进展，研究成果《驱动喷管往复运动实现液体喷射的机理》（Mechanism of liquid jetting by driving jet tube for reciprocating motion）发表于《Physics of Fluids》期刊。该期刊是流体力学领域的国际知名期刊，2023年影响因子为4.1（SCI二区）。论文第一作者为青年教师薛博策，通讯作者为机电工程系张彦振教授，中国石油大学（华东）为唯一署名单位。该研究得到国家自然科学基金、“泰山学者”青年专家计划、山东省优秀青年基金以及中央高校基本科研业务费专项资金的联合资助。
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驱动喷管沿轴向进行往复运动可以实现按需喷射，这是一种新的喷射方法，有学者已经利用其实现了聚合物的喷射。然而对该方法的研究较少，其喷射机理并没有被详细阐明。
喷射过程的实验和仿真结果
本研究对这一方法的机理进行了深入研究。使用压电陶瓷驱动喷管往复运动实现按需喷射，结合实验和仿真结果，对喷射的产生过程进行了描述和分析、揭示了喷射机理，并讨论了多种因素对喷射过程的影响。结果表明，喷管运动速度突变带来的惯性力是喷射产生的主要驱动力，且喷管运动行程两端的速度突变主导着喷射过程。在喷管进行先下后上的往复运动时，惯性力将喷嘴内的液体向下推出，在形成射流又后将喷嘴内的液体向上拉回、造成射流尾部断裂，实现液滴的按需喷射。液位高度和喷管运动幅度的变化通过影响惯性力的大小影响喷射过程，而喷管运动周期则通过影响惯性力推和拉的时间间隔以及压力波的叠加影响喷射过程。在喷管往复运动的模式为先上后下时，喷孔处的液体在惯性力推动过程中获得的动能较小，因此这种模式不利于喷射的产生。
论文链接：https://doi.org/10.1063/5.0245544
