發(fā)布時間：2020-04-07 04:11

【摘要】：液滴撞壁現(xiàn)象一直是基礎研究和工程應用領域的焦點,涵蓋納米-微觀-介觀-宏觀等各個尺度領域。在宏觀、介觀尺度上,研究者通過CFD仿真以及實驗已經總結出液滴拓撲演變的判據,其被歸結為We數、Re數以及Oh數三者之間的關系。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。隨著微納米技術的發(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研究日益突出。本文采用分子動力學模擬方法,從原子或分子層次探討納液滴撞擊過程中原子的運動軌跡、分子團簇的整體行為演化。利用分子動力學模擬軟件LAMMPS實現(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,總結出液滴沉積、回縮、反彈、破碎等液滴撞擊動力學現(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鋪展,抑制液滴回縮;當液滴直徑小于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,壁面不僅作為水分子運動的邊界,而且關系著壁面總粘附功。隨著曲率增大,液滴越傾向于完全潤濕整個壁面后滴落或脫離壁面飛濺。當液滴不能完全潤濕基底時,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)演化過程及構型,定量分析了各相關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,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意義撞擊壁面及其在璧面上的運動、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應用上，涵蓋納米-微觀-介觀-宏觀等各觀、宏觀領域，液滴撞擊壁面的作用機理以及形態(tài)演化的判據在制造業(yè)等相關領域被廣泛應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]。受時空限制，納米液滴撞擊壁面的實但在納微尺度上納液滴撞擊壁面及其在璧面上的運動、形態(tài)演化反彈、指狀飛濺等運動的機制及其各形態(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熱傳遞性能影響著油排放，如圖 1.1 所示[8]。此外，清華大學航天航空學院陳民教授與固體表面碰撞過程中的動力學行為是發(fā)展納米噴墨、飛機防冰3D 打印技術中的關鍵問題[9,10]。

在連續(xù)介質假設的框架下滿足傳統(tǒng)流體力學規(guī)律。在處理跨尺度關聯(lián)問題時，如何把納微米尺度上力學行為表征耦合宏觀尺度上經典流體力學規(guī)律具有許多棘手的細節(jié)問題，但這也是跨層次、多尺度研究的科學價值所在。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，從而為解決 Huh-Scriven 佯謬導致的力學奇異性開辟新機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。
【學位授予單位】：安徽農業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TB126

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本文編號：2617430