發(fā)布時間：2020-05-12 21:02

【摘要】：液滴在受平行板擠壓下出現(xiàn)的鋪展行為常見于微電子元器件的粘接、人體關(guān)節(jié)間的潤滑等,其中存在三相接觸線運動等復(fù)雜的微尺度流動行為。針對這一問題,本文采用粗�；姆肿觿恿W(xué)方法,即多體耗散粒子動力學(xué)(MDPD:Many-body Dissipative Particle Dy-namics)方法來模擬具體的物理過程,研究了液滴在平行板擠壓下的鋪展行為,為其實際應(yīng)用提供數(shù)值指導(dǎo)。首先,針對三相移動接觸線(角)的MDPD模擬,本文提出了 一種測量三維液滴接觸角(線)的YDF(Y-direction Distribution Function)算法,并驗證了該算法的準(zhǔn)確性和魯棒性。通過改變液滴粒子和壁面粒子之間保守力來獲取不同的親疏水性壁面,得到了牛頓流體液滴靜態(tài)接觸角θstatic與參數(shù)Ast之間的具體對應(yīng)關(guān)系,可構(gòu)建的壁面靜態(tài)接觸角范圍為40°θstatic140°。本文驗證了牛頓流體液滴三相移動接觸線模擬的準(zhǔn)確性,MDPD模擬結(jié)果與水動力學(xué)理論吻合較好,從而證明了 MDPD方法在液滴模擬中的可行性,也為研究在平板擠壓下液滴的鋪展行為打下堅實的基礎(chǔ)。其次,本文模擬并分析了在平板擠壓下的牛頓流體液滴的鋪展行為,其具體表現(xiàn)為液滴接觸角與接觸線的變化情況。在準(zhǔn)靜態(tài)擠壓過程中,根據(jù)系統(tǒng)自由能的變化情況,整個擠壓過程可以被分成兩個階段:下板(靜止板)接觸線回縮階段和上板(擠壓板)及下板的接觸線對稱鋪展階段,并針對這兩個階段的擠壓鋪展行為進(jìn)行了理論分析,同時研究了上板擠壓速度對鋪展行為的影響。另外,本文研究了上板的親疏水性質(zhì)對牛頓流體液滴鋪展行為的影響規(guī)律,找到了各工況下的下平板接觸線不存在收縮現(xiàn)象的臨界擠壓速度,較為清晰地描述了平板擠壓牛頓流體液滴的整個過程。最后,通過設(shè)計兩種不同類型的MDPD粒子并改變粒子間的保守力受力情況構(gòu)建了一種會自發(fā)地形成有規(guī)律拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的屈服應(yīng)力流體模型。其屈服應(yīng)力特性及粘度變化與Herschel-Bulkley流體模型具有較好的吻合度。本文根據(jù)泊肅葉流動的速度剖面圖可以將流場分成類“固體”屬性區(qū)域和類“流體”屬性區(qū)域兩大部分,證明了當(dāng)?shù)氐膽?yīng)力值與流體模型屈服應(yīng)力的大小關(guān)系決定了流域的屬性和劃分�；诖�,本文利用該流體構(gòu)建了一個屈服應(yīng)力流體液滴,進(jìn)一步研究了在平行板擠壓下該液滴的鋪展行為,得到了在相同濕潤性壁面的條件下,屈服應(yīng)力流體液滴的下板接觸線最大收縮程度小于牛頓流體液滴的下板接觸線最大收縮程度的結(jié)論。
【圖文】：

在研究接觸線問題時，通常會遇到接觸角遲滯的問題。接觸角遲滯是指液滴移逡逑動前其接觸角大小先于接觸線位置發(fā)生變化的現(xiàn)象，同時接觸線移動前最大和最小接觸角逡逑的差值即為遲滯角，如圖１－４邋（ｃ）所示。很多學(xué)者也對這一有趣的現(xiàn)象展開了研究。例如，逡逑Ｍａｋｋｏｎｅｎ邋［６（１】將熱力學(xué)理論加入到了接觸線移動模型當(dāng)中，除了之前已經(jīng)認(rèn)可的帶有耗散逡逑性質(zhì)的摩擦力外，另外在光滑壁面上找到并量化了一個類似于熱力學(xué)起源中固體滑動摩擦逡逑的力心１。Ｃｈｅｎ等人１６２】用耗散粒子動力學(xué)方法模擬研究了存在不同親疏水性微柱的壁面如逡逑何去影響液滴接觸線移動的問題，得出了潤濕性問題是一個基于接觸線的問題，而不是基逡逑于接觸面積問題的結(jié)論，符合濕潤性在Ｗｅｎｚｅｌ邋（如圖１－４邋（ａ）所示，液體填滿粗糙表面的逡逑間隙）和Ｃａｓｓｉｅ邋（如圖１－４邋（ｂ）所示，液體并不能充滿粗糙表面的凹槽）狀態(tài)［６３】之間相互轉(zhuǎn)逡逑變的觀點。但是，，Ｃｈｅｎｇ等人［６４］通過實驗證明了潤濕性問題是一個基于接觸線的問題，這逡逑５逡逑

邐邋Ｄｉｓｔａｎｃｅ邋ｔｏ邋ｔｈｅ邋ｃｏｎｔａｃｔ邋ｌｉｎｅ，邋ｓ逡逑圖１－３動態(tài)接觸線附近的角度、長度尺度情況。左圖中的大圖表示宏觀流動區(qū)域，小圖代表了微逡逑觀流動區(qū)域，兩個尺度的過渡階段用漸近線連接；右圖表示隨著遠(yuǎn)離接觸線位置處接觸角的變化情逡逑況１５６１。逡逑例如，Ｄ邋ｉ邋ｎｇ等人１５７１運用擴(kuò)散界面的方法模擬研究了兩相流接觸線運動中的潤濕條件，逡逑證明了目前使用表面能的策略并不能使界面的斜率等于接觸角，故提出了一種能產(chǎn)生規(guī)定逡逑接觸角的幾何公式。另外，Ｋｕｓｕｍａａｔｍａｊａ等人１＾８１調(diào)和了在前文中提到的擴(kuò)散界面模型中與逡逑移動接觸線相關(guān)的滑動長度的兩個比例律，得到了擴(kuò)散界面和尖銳界面模型內(nèi)滑移長度的逡逑計算方式。還證明，在模型的自由能函數(shù)中修改微觀界面項只會影響到擴(kuò)散界面區(qū)域內(nèi)的逡逑滑動長度值，而滑動長度一致尖銳界面區(qū)域僅僅依賴于宏觀變量。Ｌｕｏ等人【５９】嘗試設(shè)立合逡逑理有效的邊界條件
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：V465;O35

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 孫治謙;范玉玲;張孟奇;李彬;王振波;黃玫;;脈沖電場下液滴極化變形的數(shù)值模擬[J];石油機(jī)械;2019年12期

2 戴浩宇;董智超;江雷;;電控液滴移動的研究進(jìn)展[J];高等學(xué)校化學(xué)學(xué)報;2020年01期

3 褚福強(qiáng);吳曉敏;陳永根;;豎直表面液滴運動的數(shù)值模擬[J];工程熱物理學(xué)報;2017年01期

4 褚福強(qiáng);吳曉敏;朱毅;;超疏水表面上多液滴合并觸發(fā)液滴彈跳現(xiàn)象的理論分析[J];工程熱物理學(xué)報;2017年02期

5 李棟;張文娣;趙孝保;王鑫;錢晨露;;超疏水冷表面上液滴凍結(jié)的可視化觀測[J];南京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2016年06期

6 季璨;王乃華;崔崢;程林;;過熱液滴閃蒸過程數(shù)學(xué)模型的建立與應(yīng)用[J];工程熱物理學(xué)報;2017年04期

7 何成明;張鵬;;氣體介質(zhì)中雙元液滴的碰撞動力學(xué)[J];中國科學(xué):物理學(xué) 力學(xué) 天文學(xué);2017年07期

8 廖斌;朱雨建;楊基明;;沖擊作用下液滴在環(huán)境液體中的演變過程及主導(dǎo)因素[J];中國科學(xué):物理學(xué) 力學(xué) 天文學(xué);2017年09期

9 李大樹;仇性啟;于磊;鄭志偉;;液滴碰撞水平壁面實驗研究[J];實驗技術(shù)與管理;2015年04期

10 陳衛(wèi)鋒;候俊香;;液-液層流射流型霧化的射流脈動與液滴形成特性[J];農(nóng)機(jī)導(dǎo)購;2016年08期

相關(guān)會議論文 前10條

1 吳爽;張杰;倪明玖;;梯度磁場作用下鋰液滴下落過程的數(shù)值模擬[A];第九屆全國流體力學(xué)學(xué)術(shù)會議論文摘要集[C];2016年

2 李英琪;王奉超;吳恒安;;曲率比對液滴在錐形基底上定向輸運與停滯的影響[A];中國力學(xué)大會-2015論文摘要集[C];2015年

3 王麗雅;王奉超;吳恒安;;周期性開合壁面上液滴定向輸運機(jī)制的研究[A];中國力學(xué)大會-2015論文摘要集[C];2015年

4 丁航;朱曦;;傾斜平板上振動液滴的數(shù)值模擬研究[A];中國力學(xué)大會-2015論文摘要集[C];2015年

5 丁航;穆愷;;數(shù)值研究液滴撞擊粗糙壁面[A];第二十七屆全國水動力學(xué)研討會文集（上冊）[C];2015年

6 張譚;劉華敏;劉趙淼;;表面張力系數(shù)對液滴形成的影響[A];北京力學(xué)會第13屆學(xué)術(shù)年會論文集[C];2007年

7 賀麗萍;夏振炎;;低流量微管末端液滴形成及破碎的研究[A];第八屆全國實驗流體力學(xué)學(xué)術(shù)會議論文集[C];2010年

8 左子文;王軍鋒;霍元平;謝立宇;胡維維;;氣流中荷電液滴演化的數(shù)值模擬[A];中國力學(xué)大會——2013論文摘要集[C];2013年

9 張屹然;羅開紅;羅開紅;;分子動力學(xué)模擬研究納米液滴碰撞在燃燒中的應(yīng)用[A];中國化學(xué)會第29屆學(xué)術(shù)年會摘要集——第41分會：燃料與燃燒化學(xué)[C];2014年

10 高亮;曾理江;;液滴分析法在酒的在線檢測中的應(yīng)用[A];2002年中國光學(xué)學(xué)會年會論文集[C];2002年

相關(guān)重要報紙文章 前10條

1 航院;清華航院陳民研究組提出納米液滴碰撞破碎臨界判據(jù)[N];新清華;2017年

2 記者 聶翠蓉;新技術(shù)讓液滴懸浮并發(fā)出藍(lán)光[N];科技日報;2015年

3 記者 陳丹;超快激光可在半導(dǎo)體上激起“量子液滴”[N];科技日報;2014年

4 王小龍;新法可讓液滴按需形成任意形狀[N];科技日報;2014年

5 陳曦 通訊員 焦德芳;液滴遇上柔性電子，讓機(jī)器人實現(xiàn)“72變”[N];科技日報;2019年

6 孫文德;液滴透鏡[N];中國知識產(chǎn)權(quán)報;2001年

7 龐利萍;泄漏的堿液滴到了檢查專家身上[N];中國應(yīng)急管理報;2019年

8 張巍巍;美發(fā)現(xiàn)光電混合操控粒子新方法[N];科技日報;2010年

9 鄭慶澤;解決環(huán)衛(wèi)車滴漏問題刻不容緩[N];中國建設(shè)報;2015年

10 本報記者 唐婷邋　樸淑渝;給細(xì)胞做“CT”[N];科技日報;2007年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 于程;微乳液多相流動與界面演化機(jī)理研究[D];東南大學(xué);2019年

2 李從云;空氣—液滴兩相放電的時間分辨影像研究[D];華中科技大學(xué);2019年

3 王翔;微通道交匯/分岔處液滴流動特性研究[D];北京工業(yè)大學(xué);2019年

4 賈延凱;交流電場調(diào)控復(fù)合液滴的融合與釋放機(jī)理及實驗研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2019年

5 張洪;液滴噴霧質(zhì)譜法構(gòu)建及在高級氧化反應(yīng)機(jī)理研究中的應(yīng)用[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2019年

6 郭純方;疏水性表面液滴碰撞與傳熱機(jī)理基礎(chǔ)研究[D];大連理工大學(xué);2019年

7 王金花;仿生界面上液滴滑動行為的調(diào)控及其在生物傳感領(lǐng)域的應(yīng)用[D];中國地質(zhì)大學(xué);2019年

8 廖斌;沖擊作用下環(huán)境液體中液滴演變機(jī)理研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2018年

9 元武智;隨機(jī)分布粗糙結(jié)構(gòu)超疏水表面上液滴動態(tài)行為的LB模擬研究[D];華南理工大學(xué);2018年

10 孫玉金;液滴/氣泡與微結(jié)構(gòu)表面的粘附機(jī)制研究[D];中國礦業(yè)大學(xué);2018年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 劉子赫;雙組分燃油液滴汽化試驗和數(shù)值模擬研究[D];大連理工大學(xué);2019年

2 郝樹新;雙組分液滴撞擊熱壁面及蒸發(fā)模型研究[D];北京理工大學(xué);2017年

3 豆姣;壓電式噴墨打印頭的動態(tài)特性研究[D];大連理工大學(xué);2019年

4 鄒迪;固體表面大液滴外觀形貌的研究[D];北京理工大學(xué);2017年

5 王歌;凹曲面強(qiáng)化液滴合并彈跳及冷凝傳熱實驗研究[D];大連理工大學(xué);2019年

6 邱夢凱;數(shù)字PCR液滴識別方法的研究與實現(xiàn)[D];沈陽理工大學(xué);2019年

7 李淼;液滴沖擊過程的數(shù)值研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2019年

8 胡逸男;兩組分液滴在超疏水表面上的蒸發(fā)與沉積動力學(xué)的研究[D];西南交通大學(xué);2019年

9 江鑫;基底性質(zhì)和相對濕度對珠狀凝結(jié)影響的研究[D];西南交通大學(xué);2019年

10 鄒松;液滴在微納結(jié)構(gòu)表面上的撞擊動力學(xué)研究[D];西南交通大學(xué);2019年

本文編號：2660835