液滴在微纳结构表面上的撞击动力学研究

论文摘要

液滴撞击固体表面后,可以发生沉积、反弹、飞溅等现象。对撞击液滴与表面之间的相互作用机制进行研究,对于喷墨打印、农药喷洒等应用有着至关重要的作用。研究发现,表面的微纳结构以及润湿性对液滴的撞击过程影响较大。本研究首先利用高速摄像机对液滴在具有微纳结构的固体表面的撞击过程进行记录,然后利用Matlab程序进行图像处理,最后利用流体力学等现有理论对结果进行分析和解释。对于直径约1毫米的宏观液滴在超疏水纳米结构表面上的撞击,实验结果表明:相同的液滴在倾斜表面与水平表面上的撞击现象一致,且气泡捕获和射流只在特定速度范围内发生。根据射流产生机制的不同和气泡捕获与否,能够产生射流现象的撞击速度可以分为三个区域。三个区域内,射流的速度与半径之间符合不同的幂律关系,并且气泡捕获只在撞击速度适中的中间区域内产生。表面的倾斜角度并不影响气泡捕获的速度区域,但是却影响被捕获的气泡的大小。此外,在倾斜表面上的液滴撞击,在能够发生气泡捕获区域现象的一个较小速度范围内,还观测到液滴内部的气泡在液滴回弹后在液滴表面破裂,从而产生二级射流。对于直径约50微米的微液滴在疏水微米结构表面上的撞击,实验结果表明:其最大铺展系数随液滴撞击速度的增大而增大,受表面微结构的形貌特征影响较小,并且现有的理论模型预测值明显高估了实际的最大铺展系数;将液滴撞击表面后的振动过程等效为单自由度的阻尼弹簧系统,发现表面微结构对于液滴振动阻尼系数有影响,但是对于弹性常数的影响不大。与宏观液滴相比,其振动阻尼系数大概小3个数量级,而弹性常数却与液滴大小无关。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 研究背景及意义
•   1.2 基础概念介绍
•   1.3 结构表面撞击的研究现状
•   1.4 本文主要研究内容
•   1.5 研究方法
• 第2章 宏观液滴在纳米结构表面上的撞击动力学
•   2.1 实验部分
•   2.2 纳米结构表面上的撞击现象
•   2.3 纳米结构表面上的射流动力学
•   2.4 纳米结构表面上的气泡动力学
•   2.5 纳米结构表面上的气泡破裂
•   2.6 本章小节
• 第3章 微液滴在疏水微米结构表面上的撞击动力学
•   3.1 实验部分
•   3.2 微液滴在结构表面上的铺展过程
•   3.3 微液滴在结构表面上的最大铺展系数
•   3.4 微液滴在结构表面上的振动分析
•   3.5 本章小结
• 第4章 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 邹松

导师: 刘金铃

关键词: 液滴撞击,微纳结构,气泡捕获,射流,微液滴

来源: 西南交通大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 力学,航空航天科学与工程

单位: 西南交通大学

分类号: O353.4

DOI: 10.27414/d.cnki.gxnju.2019.000252

总页数: 56

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