液滴振荡动态接触角的研究

论文摘要

液滴碰撞固体平壁及其在壁面上的流动是固液两相流中比较常见的现象之一,在生产生活中也广泛应用,例如:液滴在纤维上的运动,利用电动转盘喷雾器喷洒农药,离子等离子体涂层技术的应用,燃油喷雾冲击过程。研究液滴撞壁现象为解决实际应用问题提供了理论基础,并为相应学科基础理论体系的构建提供了重要的学术支撑。本文利用商业仿真模拟软件Fluent VOF模型对液滴碰撞光滑平壁及其在平壁上的往复振荡现象进行数值模拟,并对模拟过程中的液滴图像进行处理,通过控制变量确定获取液滴接触角的方法。通过对获得的接触角进行相关研究,得到了不同液滴初始参数(接触角、液滴尺寸、初始速度)对动态接触角的影响。通过改变壁面滑移边界条件,分析了壁面剪切应力对液滴振荡形态和动态接触角的影响。前人将在平壁上振荡的液滴形状假设为球缺形,建立了球缺形液滴振荡理论模型,并通过受力分析,推导出球缺形液滴振荡微分方程,本文通过改变液滴初始参数的选取对前人的液滴无阻尼振荡的理论结果进行修正,借助VS2010软件,利用四阶龙格库塔方法进行编程求解,从而获得液滴铺展半径的数值解。将液滴平衡半径、振幅和平均振荡周期的理论结果与借助Fluent软件VOF模型模拟所得的数值结果进行比较,可以发现,各项的偏差并不大。此外,利用理论模型预测了液滴各参数对铺展半径、振幅和周期的影响。在液滴无阻尼振荡理论模型的基础上,本文对有阻尼振荡的液滴模型进行分析。通过对比液滴铺展半径的理论结果与模拟结果,可以看出理论平衡半径大于模拟结果。在初始半径相同的前提下,理论解的平衡半径之间的偏差不超过0.65%,数值解的平衡半径之间的偏差不超过3.35%。简单地阐述了由剪切应力公式推导液滴所受粘性力的过程,并分别研究了不同剪切应力公式对液滴振荡的影响,发现随着剪切应力的增加,铺展半径的振幅减小,铺展速度的衰减速度增加。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
•   1.1 课题的研究背景及意义
•   1.2 单液滴撞击水平壁面现象的研究现状
•     1.2.1 液滴动态接触角的研究
•     1.2.2 剪切力对液滴在壁面上流动影响的研究
•     1.2.3 液滴铺展特性的研究
•   1.3 研究现状的不足
•   1.4 本文主要的研究内容
• 2 单液滴撞击水平壁面现象的研究基础
•   2.1 液滴撞击光滑平壁及其在平壁上的振荡过程
•   2.2 球缺形液滴碰壁现象的理论基础
•     2.2.1 球缺形液滴无阻尼振荡理论模型
•     2.2.2 球缺形液滴阻尼振荡理论模型
•   2.3 数值模拟基础
•     2.3.1 流体流动控制方程
•     2.3.2 多相流模型
•     2.3.3 常用算法
•   2.4 本章小结
• 3 动态接触角的研究
•   3.1 液滴轮廓的曲线拟合
•   3.2 不同初始参数对动态接触角的影响
•   3.3 壁面剪切力对液滴振荡的影响
•     3.3.1 壁面剪切力对液滴振荡形态的影响
•     3.3.2 壁面剪切力对动态接触角变化趋势的影响
•   3.4 本章小结
• 4 球缺形液滴振荡理论模型
•   4.1 球缺形液滴无阻尼振荡理论模型
•     4.1.1 关于液滴振荡参数的理论值与模拟值的对比与分析
•     4.1.2 不同初始条件对液滴振荡的影响
•   4.2 球缺形液滴阻尼振荡的理论模型
•     4.2.1 阻尼与无阻尼的液滴铺展半径对比
•     4.2.2 液滴振荡参数理论值与模拟结果的对比与分析
•     4.2.3 不同粘性力对液滴振荡的影响
•   4.3 本章小节
• 结论
• 参考文献
• 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: 张东琪

导师: 陈石

关键词: 动态接触角,理论模型,液滴振荡,液滴形态,剪切应力

来源: 大连理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 力学

单位: 大连理工大学

基金: 国家自然科学基金项目(编号:51476016,51476017),国家科技支撑计划项目(2014BAB09B00)

分类号: O353.4

DOI: 10.26991/d.cnki.gdllu.2019.001147

总页数: 66

文件大小: 2769K

下载量: 139