Formation characteristics of multi-jet modes in linear slit electrospray = 선형 슬릿 전기분무에서의 다중 분사 모드 형성과 특성

국문 초록 (Abstract)

전기분무 추진에서 점형 방출기는 전통적으로 연구의 중심이었지만, 이들의 이산적인 방출 지점은 확장성에 근본적인 한계를 가지며 제트 간 복잡한 상호작용을 유발한다는 문제가 있습니다. 원주형 슬릿 방출기는 연속적인 가장자리를 따라 다중 제트 방출을 지원함으로써 이러한 한계 중 일부를 극복했지만, 닫힌 기하 구조로 인해 광학적 접근성이 제한되었습니다. 선형 슬릿 방출기는 연속적인 액체 가장자리라는 이점을 유지하는 동시에 전체 방출기에 대한 시각화를 가능하게 합니다.
고속 이미징 결과에 따르면, 제트의 시작은 주기적인 표면 요동에서 비롯되며, 이는 결국 테일러 콘으로 날카롭게 발달하고, 형성된 방출 모드는 전기장 분포와 제트 간의 집단적 상호작용에 의해 결정됩니다. 두 가지 뚜렷한 작동 모드가 나타나는데, 각각 외부 및 내부 콘-제트 모드로 구분되며, 각기 다른 발생 조건과 기하학적 특성을 가집니다.
본 연구는 이전 원주형 방출기 연구에서 얻은 통찰을 확장하여, 선형 슬릿 구성에서 전하가 액체 가장자리 전체에 어떻게 재분포되고, 공간적 패턴이 어떻게 형성되며, 모드 간 전이가 어떻게 이력 현상(hysteresis)을 동반하는지를 명확히 보여줍니다. 이러한 관찰은 불안정성에 의해 유도되는 시간 의존적인 다중 제트 형성에 대한 이해를 심화시키며, 제어 가능한 2차원 추력 생성과 향상된 출력 성능을 갖춘 확장 가능한 배열 전기분무 시스템의 개발 가능성을 제시합니다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In electrospray propulsion, point emitters have traditionally dominated research, yet their discretized emission sites impose fundamental limits on scalability and introduce complex coupling between jets. Annular slit emitters addressed some of these challenges by supporting distributed multi-jet emission along a continuous perimeter, though their closed geometry restricted optical access. A linear slit emitter maintains the benefits of a continuous liquid edge while enabling unobstructed visualization across the entire emission line. High-speed imaging shows that jet initiation arises from periodic surface perturbations that sharpen into Taylor cones, with the resulting emission modes shaped by electric-field distribution and collective jet interactions. Two robust regimes emerge, an outer and an inner cone-jet modeeach exhibiting distinct onset behavior and geometric characteristics. Extending insights from our previous annular-emitter work, the linear slit configuration uniquely exposes how charge redistributes across the liquid edge, how spatial patterns emerge, and how hysteretic transitions occur between modes. Together, these observations deepen our understanding of instability-driven, time-dependent multi-jet formation and suggest pathways toward controllable two-dimensional thrust generation and scalable electrospray arrays with enhanced total output.

목차 (Table of Contents)

• Abstract i
• List of Figures iii
• List of Tables vi
• Chapter 1. Introduction 1
• Chapter 2. Theory 6
• 2.1 Taylor Cone 6
• 2.3 Prediction of Cone Location 7
• 2.4 Governing non-dimensional parameters 18
• Chapter 3. Methodology 11
• 3.1 Experimental Setup 11
• 3.2 Annular and Co-Annular Emitter Configuration 12
• 3.3 Linear Emitter Configuration 13
• 3.4 Image Processing Methods 14
• 3.5 Working Fluid 15
• Chapter 4. Results and Discussion 16
• 4.1 Annular and Co-Annular Emitter Multi-jets 16
• 4.2 The Linear Slit Emitter 22
• 4.3 The formation of multiple cone-jets on the linear slit emitter 23
• 4.4 Identification and differentiation of electrospray modes 28
• 4.5 Flow Parameter Effects 30
• 4.6 Cone Geometries 34
• Chapter 5. Conclusion 38
• Bibliography 39
• Abstract in Korean 43