液滴運動(dòng)過(guò)程中的形狀變化對液滴的蒸發(fā)、燃燒等過(guò)程有重要影響，表面張力是影響其形狀變化的因素之一。為研究表面張力對液滴形變的影響規律，采用低濃度的表面活性劑（十二烷基苯磺酸鈉SDBS）配制表面張力為30～72 mN·m?1的水溶液。利用不同外徑的針管得到3～5 mm粒徑的液滴。高速攝像機（Phantom V211，1000 pps，800×600 pixel）對這些液滴在自由落體過(guò)程中的形變規律進(jìn)行了可視化實(shí)驗研究，得到了關(guān)于E?tv?s數（Eo）的半經(jīng)驗關(guān)系式。實(shí)驗結果表明，液滴在自由落體過(guò)程中會(huì )形成周期性振動(dòng)形變，振動(dòng)周期和振幅隨表面張力增大而減小。進(jìn)一步研究發(fā)現，初始時(shí)液滴形成并斷裂所引起的瞬態(tài)沖量使液滴內部動(dòng)量傳遞進(jìn)而表現出周期性振動(dòng)形變。

液滴在氣體中運動(dòng)過(guò)程中會(huì )因表面受力不均而發(fā)生形變。影響液滴形變的因素很多，如粒徑、速度、表面張力等。在自然科學(xué)和工程技術(shù)領(lǐng)域，許多物理過(guò)程涉及液滴在氣流中的形變，如蒸發(fā)冷卻、蒸氣冷凝、噴霧燃燒、顏料濃縮液的分散、飛沫傳播過(guò)程等。采取措施如降低液滴表面張力、加快液滴的形態(tài)變化是改善噴霧燃燒和蒸發(fā)冷卻效果的常用技術(shù)手段，需要了解相應過(guò)程中液滴的形變規律。大多數對氣液兩相流的數值模擬分析中常假設液滴為球形，但在實(shí)際情況中，液滴的形變對受力、蒸發(fā)的影響不容忽略。因此通過(guò)實(shí)驗方法研究液滴形變的一般規律對修正數學(xué)模型以及優(yōu)化工程實(shí)際應用具有重要意義。

液滴下落形態(tài)

液滴垂直滴入靜止空氣流場(chǎng)下落過(guò)程中，受到的質(zhì)量力為重力(空氣與液滴的密度相差很大忽略浮力影響)，表面力為曳力和表面張力。特征長(cháng)度取等體積當量直徑de），則液滴的形變特征可由量綱1數(重力與表面張力之比)、We=ρcurelde/σ(曳力與表面張力之比)，（慣性力與黏性力之比）、表示。

根據上述量綱1數得到了不同范圍內液滴或氣泡的形變特征區間，可由此大致判斷形狀變化。液滴下落過(guò)程中，周?chē)黧w繞過(guò)液滴，初始會(huì )在液滴后部形成穩定的線(xiàn)性或者帶有渦旋的尾跡。隨著(zhù)Re的不斷增大，液滴后部形成非穩態(tài)的尾跡剝離使液滴自身發(fā)生非穩定性形變即振動(dòng)現象。對于高黏度比κ，如液滴在氣體中運動(dòng)，當Re≈200時(shí)振動(dòng)現象產(chǎn)生，對于低κ如氣泡在液體中運動(dòng)，產(chǎn)生振動(dòng)的臨界Re≈1000。

對于穩態(tài)形變Savic提出了高Re下界面正壓平衡公式，Pruppacher等在其基礎上進(jìn)行了修正并確定了不同粒徑范圍液滴的形變情況。對于非穩態(tài)形變，一般常用周期和振幅來(lái)描述，Lamb建立了忽略黏性力的液滴自然振動(dòng)周期的基本模型并得到了Yao等的驗證。對于振動(dòng)周期與尾跡剝離周期的關(guān)系，Winnikow等和Edge等分別得到了不同的結論。隨著(zhù)高速攝像技術(shù)的發(fā)展，實(shí)驗研究成為揭示非穩態(tài)液滴形變振動(dòng)周期和振幅變化規律的重要途徑之一。Kenneth等研究了2.5～4 mm粒徑范圍的雨滴從25 m自由下落的振幅變化規律，發(fā)現液滴在達到終速度前振幅不斷減弱，達到終速度后不斷增強，最后形變振動(dòng)與渦旋尾跡剝離達到共振而逐漸趨于穩定。Dubrovskii等研究了純液滴和兩相液滴的形變規律，并得到了Laplace數（Lp）與振動(dòng)周期之間的關(guān)系。Volkov等在Dubrovskii等的基礎上分別研究了粒徑、瞬時(shí)速度、液滴與流場(chǎng)溫差對振動(dòng)周期及振幅的影響。表面張力直接影響液滴的形狀，但單純控制表面張力比較困難，前人研究中多通過(guò)改變工質(zhì)來(lái)間接得到表面張力與非穩態(tài)形變規律的關(guān)系。