發(fā)布時(shí)間：2020-04-07 04:11

【摘要】：液滴撞壁現(xiàn)象一直是基礎(chǔ)研究和工程應(yīng)用領(lǐng)域的焦點(diǎn),涵蓋納米-微觀-介觀-宏觀等各個(gè)尺度領(lǐng)域。在宏觀、介觀尺度上,研究者通過CFD仿真以及實(shí)驗(yàn)已經(jīng)總結(jié)出液滴拓?fù)溲葑兊呐袚?jù),其被歸結(jié)為We數(shù)、Re數(shù)以及Oh數(shù)三者之間的關(guān)系。但是在納微米尺度上,分子間作用力起著重要的作用,引起不同于宏觀尺度下流體的行為和性質(zhì)。隨著微納米技術(shù)的發(fā)展,對納微米液滴在表面或界面的變形與流動的物理力學(xué)研究日益突出。本文采用分子動力學(xué)模擬方法,從原子或分子層次探討納液滴撞擊過程中原子的運(yùn)動軌跡、分子團(tuán)簇的整體行為演化。利用分子動力學(xué)模擬軟件LAMMPS實(shí)現(xiàn)了對納米水滴撞擊平坦、彎曲壁面以及雙納米水滴級聯(lián)撞擊平坦壁面過程中潤濕行為的分析。結(jié)果表明:1)通過指定液滴初始撞擊速度、固-液之間的相互作用L-J勢阱深度以及液滴初始直徑等各種初始參量,模擬了單納米水滴撞擊平坦壁面的流動過程,總結(jié)出液滴沉積、回縮、反彈、破碎等液滴撞擊動力學(xué)現(xiàn)象隨參量變化的規(guī)律。液滴初始動能越大,越有利于液滴發(fā)生較大形變;固-液之間的勢阱深度越深越能促進(jìn)鋪展,抑制液滴回縮;當(dāng)液滴直徑小于120?,液滴凈吸力減小,造成較小的表面能,因此有必要考慮尺寸因素對鋪展特性的影響。2)單納米水滴撞擊彎曲壁面時(shí),壁面不僅作為水分子運(yùn)動的邊界,而且關(guān)系著壁面總粘附功。隨著曲率增大,液滴越傾向于完全潤濕整個(gè)壁面后滴落或脫離壁面飛濺。當(dāng)液滴不能完全潤濕基底時(shí),液滴更傾向于回縮,然后沉積或反彈。3)液滴間的耦合特性影響了液滴撞擊過程中液滴的流動演化與鋪展特性。通過觀測雙納米水滴碰壁過程的形態(tài)演化過程及構(gòu)型,定量分析了各相關(guān)參量對其鋪展特性的影響。在較大速度下或者液滴中心距較小時(shí),雙納米水滴徑向并列撞擊壁面在其中心軸線因徑向交涉而出現(xiàn)射流使得初期軸向鋪展因子明顯增大。對于垂直串聯(lián)的兩液滴級聯(lián)撞擊壁面,先撞的液滴將在壁面形成瞬態(tài)變化的壁面附著膜,后撞的液滴因撞擊而嵌入先撞的液滴中,固-液之間的勢阱深度越深越有利于反彈。
【圖文】：

液滴撞擊壁面鋪展特性的研究背景及科學(xué)意義撞擊壁面及其在璧面上的運(yùn)動、形態(tài)演化過程稱為液滴撞擊壁面在于自然界以及各類技術(shù)應(yīng)用上，涵蓋納米-微觀-介觀-宏觀等各觀、宏觀領(lǐng)域，液滴撞擊壁面的作用機(jī)理以及形態(tài)演化的判據(jù)在制造業(yè)等相關(guān)領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用并取得了一定的成果，，如降膜蒸發(fā)藥噴灑以及移液沉積等[1-7]。受時(shí)空限制，納米液滴撞擊壁面的實(shí)但在納微尺度上納液滴撞擊壁面及其在璧面上的運(yùn)動、形態(tài)演化反彈、指狀飛濺等運(yùn)動的機(jī)制及其各形態(tài)演化的無量綱判別條件亟速航空發(fā)動機(jī)燃油噴霧燃燒過程中，霧化的液滴以各種粒徑存在微納液滴撞擊氣缸壁面后的行為特征以及質(zhì)熱傳遞性能影響著油排放，如圖 1.1 所示[8]。此外，清華大學(xué)航天航空學(xué)院陳民教授與固體表面碰撞過程中的動力學(xué)行為是發(fā)展納米噴墨、飛機(jī)防冰3D 打印技術(shù)中的關(guān)鍵問題[9,10]。

在連續(xù)介質(zhì)假設(shè)的框架下滿足傳統(tǒng)流體力學(xué)規(guī)律。在處理跨尺度關(guān)聯(lián)問題時(shí)，如何把納微米尺度上力學(xué)行為表征耦合宏觀尺度上經(jīng)典流體力學(xué)規(guī)律具有許多棘手的細(xì)節(jié)問題，但這也是跨層次、多尺度研究的科學(xué)價(jià)值所在。移動接觸線具有明確的跨尺度、多尺度特性，必須耦合物理力學(xué)方法或建立多尺度模型，從微觀角度深入研究的它的物理本質(zhì)，從而為解決 Huh-Scriven 佯謬導(dǎo)致的力學(xué)奇異性開辟新機(jī)制的研究以及為宏觀層次上動態(tài)表面濕潤性能提供新方法、新手段。
【學(xué)位授予單位】：安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TB126

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本文編號：2617430