双液滴连续撞击超疏水管壁的动态特性研究

论文摘要

液滴撞击现象常常存在于工业、农业及日常生活中,如燃机内进行燃料喷射,喷雾冷却,静电喷涂,农药喷洒等。对液滴撞击壁面后传热传质过程的研究将为实际应用提供可靠的理论依据、有助于提高相关产品生产及设备运行效率。本文建立双液滴撞击超疏水管壁的三维几何模型,采用Coupled Level Set and Volume of Fluid（CLSVOF）法捕捉气-液相界面,对于表面张力源项采用连续表面力模型。主要研究了不同参数对双液滴撞击过程的影响。得到了液滴直径与管径的曲率比分别为0.25、0.33和1,双液滴撞击速度在0.75至2m/s范围时,双液滴撞击超疏水管壁的动态特性。并针对撞击速度为1.5m/s的情况,分析曲率比对双液滴撞击过程的影响。此外,针对曲率比为0.33的情况,研究了液滴间距和偏心距对双液滴撞击超疏水管壁过程的影响。本文结合液膜运动过程图和特征参数对液滴撞击的动态特性进行描述,采用流场及压力云图对液膜断裂和气泡卷吸现象进行机理性分析。当曲率比为1时,拖尾液滴的撞击对液膜延伸起到促进作用,对铺展过程并未起到明显的促进。前驱液膜边缘出现脱离管壁的现象,且延伸液膜通常发生两种断裂:液膜边缘断裂和液膜三相接触点断裂。当撞击速度增大时,液膜波动现象明显。曲率比为0.33和0.25时,撞击速度的增大促进液膜铺展。指状液膜会在前驱液滴铺展时形成,当液指的局部毛细波波长大于临界毛细波波长时,液指发生短波截断。曲率比为0.33和0.25且双液滴撞击速度范围在1.25至2m/s内,拖尾液滴撞击后出现冠状液膜。在三种不同曲率比下的双液滴撞击过程中,均发生气泡卷吸,卷吸多发生在撞击速度在0.75至1.25m/s内,当撞击速度超过1.5m/s时未发现此现象。被卷吸的气泡有两种结果:逸出液膜或引起液膜中心断裂。逸出液膜的气泡,其运动方向主要由流体的流向决定;引起液膜断裂的气泡一般存在液膜中心,瑞利泰勒不稳定性导致液膜中心断裂。针对双液滴撞击速度为0.75和1.5m/s的情况,研究了液滴间距（2.2、4和6mm）对双液滴撞击超疏水管壁过程的影响。液滴间距的改变影响撞击模式及冠状液膜的大小。针对撞击速度为0.75和1m/s的情况,研究了液滴偏心距（0.5、1和2mm）对双液滴撞击超疏水管壁过程的影响。偏心距的改变不影响撞击模式。在偏心撞击的过程中,存在液膜右侧所在平面与液膜左侧所在平面近似垂直的现象。在两种撞击速度下均发生气泡卷吸,卷吸位置在拖尾液滴撞击点附近或拖尾液滴下方。随着偏心距的增大,液膜反弹点向右侧偏移,且液膜在反弹时形态更加收聚,更不易断裂。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
•   1.1 课题研究背景及意义
•   1.2 国内外研究进展
•     1.2.1 双液滴撞击研究进展
•     1.2.2 液滴撞击曲面研究进展
•     1.2.3 润湿性影响研究进展
•   1.3 本文研究内容
• 2 双液滴连续撞击管壁的数学模型
•   2.1 气液相界面捕捉方法
•     2.1.1 VOF方法
•     2.1.2 Level Set方法
•     2.1.3 CLSVOF方法
•   2.2 双液滴连续撞击模型
•     2.2.1 物理模型
•     2.2.2 数学模型
•     2.2.3 模型验证
•   2.3 本章小结
• 3 曲率比及撞击速度对双液滴连续撞击超疏水管壁的影响
•   3.1 曲率比为1时撞击速度的影响
•     3.1.1 曲率比为1 时双液滴连续撞击管壁的动态特性
•     3.1.2 曲率比为1 时液膜断裂的机理分析
•     3.1.3 曲率比为1 时气泡卷吸的机理分析
•   3.2 曲率比为0.33 时撞击速度的影响
•     3.2.1 曲率比为0.33 时双液滴连续撞击管壁的动态特性
•     3.2.2 曲率比为0.33 时液膜断裂的机理分析
•     3.2.3 曲率比为0.33 时气泡卷吸的机理分析
•   3.3 曲率比为0.25 时撞击速度的影响
•     3.3.1 曲率比为0.25 时双液滴连续撞击管壁的动态特性
•     3.3.2 曲率比为0.25 时气泡卷吸的机理分析
•   3.4 气泡卷吸现象总结
•   3.5 曲率比对双液滴连续撞击超疏水管壁的影响
•   3.6 本章小结
• 4 液滴间距及偏心距对双液滴连续撞击超疏水管壁的影响
•   4.1 液滴间距对双液滴连续撞击超疏水管壁的影响
•     4.1.1 双液滴撞击速度为0.75m/s
•     4.1.2 双液滴撞击速度为1.5m/s
•   4.2 偏心距对双液滴连续撞击超疏水管壁的影响
•     4.2.1 双液滴撞击速度为0.75m/s
•     4.2.2 双液滴撞击速度为1m/s
•   4.3 本章小结
• 结论
• 展望
• 参考文献
• 附录A 符号说明
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 陈晗

导师: 刘晓华

关键词: 双液滴,超疏水管壁,撞击速度,曲率比,气泡卷吸

来源: 大连理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 力学,动力工程

单位: 大连理工大学

基金: 国家自然科学基金项目(No.51476017)

分类号: O353.4;TK124

DOI: 10.26991/d.cnki.gdllu.2019.000092

总页数: 96

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