發(fā)布時(shí)間：2020-04-08 14:05

【摘要】：液滴撞擊表面在工程中廣泛存在和應(yīng)用,對(duì)液滴撞擊移動(dòng)常溫表面和移動(dòng)冷表面動(dòng)力學(xué)行為研究具有科學(xué)意義和工程應(yīng)用價(jià)值。本文研究了液滴撞擊靜止與移動(dòng)常溫與冷普通表面和常溫超疏水表面的動(dòng)力學(xué)行為特征,結(jié)論如下:1、液滴撞擊移動(dòng)表面鋪展過(guò)程呈非對(duì)稱分布,在液膜后端形成液指,液膜前端無(wú)液指。液膜后端尾流產(chǎn)生潤(rùn)濕沉積、單液指、斷裂分離和多液指四種形態(tài)。剪切韋伯?dāng)?shù)較小時(shí),液滴潤(rùn)濕沉積,隨剪切韋伯?dāng)?shù)增大,單液指被拉伸和拉斷,產(chǎn)生次生液滴,形成液滴斷裂分離。撞擊韋伯?dāng)?shù)較大時(shí),液體向液膜后端聚集并產(chǎn)生多個(gè)液指。液滴縱向鋪展因子隨剪切韋伯?dāng)?shù)增大而增大,液滴最大橫向鋪展因子隨剪切韋伯?dāng)?shù)增大而減小。相同時(shí)刻縱向鋪展因子與橫向最大鋪展因子之比β1/αm與(Ws/Wn)1/2呈線性關(guān)系,β1/αm=0.61(We/Wen)1/2+0.64。2、液滴撞擊靜止常溫超疏水表面時(shí)具有完全反彈、回縮中破碎和鋪展中飛濺等三種形態(tài)。在41≤Wen≤73時(shí),液滴完全反彈脫離壁面;在77≤Wen≤82時(shí),液滴在回縮過(guò)程中破碎;在85≤Wen≤122時(shí),液滴在鋪展過(guò)程中飛濺。液滴撞擊超疏水壁面后完全反彈和破碎的臨Wen為77,回縮過(guò)程中破碎和鋪展過(guò)程中飛濺的臨界Wn為85。3、液滴撞擊移動(dòng)常溫超疏水表面促進(jìn)前端液膜出現(xiàn)液指,表面移動(dòng)促進(jìn)液指發(fā)生斷裂,產(chǎn)生次生液滴;低速移動(dòng)(Wen≤367)時(shí),液滴未發(fā)生破碎,無(wú)次生液滴產(chǎn)生。中速移動(dòng)(651≤Wes≤1018)時(shí),鋪展液膜前端會(huì)產(chǎn)生單液指,在回縮階段,液指斷裂、破碎,并產(chǎn)生次生液滴。高速移動(dòng)(1465≤Wes)時(shí),液滴液膜前端液指在鋪展過(guò)程中破碎。表面移動(dòng)促進(jìn)液膜前端提前回縮反彈脫離表面,并對(duì)液膜拉伸導(dǎo)致整體液滴完全反彈脫離壁面,并被拉伸為不規(guī)則長(zhǎng)條液體柱。前端液指反彈時(shí)間和液滴完全反彈時(shí)間隨表面速度增大而減小。4、液滴撞擊靜止普通冷表面分為鋪展階段、回縮階段和凍結(jié)沉積三個(gè)階段。凍結(jié)階段又可分為回縮過(guò)程凍結(jié)及鋪展過(guò)程凍結(jié)。壁面溫度對(duì)液滴鋪展過(guò)程影響較小,但對(duì)回縮及凍結(jié)過(guò)程影響大。隨壁面溫度降低,液滴平衡態(tài)鋪展因子具有先增大后減小變化規(guī)律。隨撞擊韋伯?dāng)?shù)Wen增加,液滴最大鋪展因子增大;壁面溫度大于-20℃時(shí),液滴回縮過(guò)程中凍結(jié);壁面溫度小于-20℃時(shí),液滴在鋪展過(guò)程中凍結(jié)。壁面溫度-20℃可作為液滴撞擊靜止冷壁面鋪展與回縮凍結(jié)的臨界溫度。5、液滴撞擊移動(dòng)普通冷表面,剪切韋伯?dāng)?shù)增大時(shí),液滴在鋪展、回縮和凍結(jié)過(guò)程被拉伸,鋪展液膜形狀發(fā)生較大變化,液膜前端出現(xiàn)瞬間凍結(jié),而液膜后端延遲凍結(jié)。表面溫度降低抑制液滴橫向鋪展,剪切韋伯?dāng)?shù)較大時(shí),表面溫度對(duì)液滴橫向鋪展影響較小。6、液滴撞擊移動(dòng)冷表面后液滴后端液膜出現(xiàn)反彈脫離壁面并發(fā)生破碎現(xiàn)象。當(dāng)剪切韋伯?dāng)?shù)大于1018時(shí),液滴后端液膜反彈脫離壁面并發(fā)生破碎。表面溫度降低,部分液體被凍結(jié)在壁面上,液體反彈破碎減少。表面溫度降低、表面速度增大、液滴撞擊速度增大易發(fā)生液滴部分反彈破碎現(xiàn)象。
【圖文】：

逡逑壁面，接觸角小于９０°，液滴與壁面接觸時(shí)，壁面為親水性表面。如圖２．２所示。逡逑圖２．２液滴接觸疏水和親水表面接觸角示意圖逡逑與慣性力、重力和粘性力相比，表面張力的影響在絕大多數(shù)工程應(yīng)用中可忽略，逡逑但表面張力對(duì)液體射流、液滴與氣泡形成等有重要影響。在噴墨打印機(jī)設(shè)計(jì)中，分析逡逑液滴形成時(shí)，，表面張力是最關(guān)鍵的考慮因素，也是最復(fù)雜的問(wèn)題。逡逑液滴與表面接觸時(shí)，有三種不同潤(rùn)濕狀態(tài)：Ｗｅｎｚｅｌ狀態(tài)、Ｃａｓｓｉｅ狀態(tài)和過(guò)渡態(tài)［５６］。逡逑當(dāng)表面材料為親水性，表面粗糙度較大時(shí)，部分流體在毛細(xì)力作用下浸潤(rùn)固體縫隙內(nèi)，逡逑液滴與壁面接觸狀態(tài)呈Ｗｅｎｚｅｌ態(tài)；當(dāng)表面材料為疏水性時(shí)，流體只浸潤(rùn)固液接觸部逡逑分，還有一部分流體表面與空氣接觸，液滴與壁面接觸狀態(tài)呈Ｃａｓｓｉｅ態(tài)；表面材料為逡逑中性時(shí)

液滴撞擊壁面后能量變化逡逑液滴撞擊壁面后能量相互轉(zhuǎn)化，復(fù)雜多變，而當(dāng)液滴撞擊移動(dòng)壁面后，移動(dòng)表滴傳遞部分動(dòng)能，導(dǎo)致液滴運(yùn)動(dòng)過(guò)程中能量轉(zhuǎn)化更為復(fù)雜。液滴在撞擊過(guò)程中主逡逑動(dòng)能、表面能、粘性耗散和移動(dòng)表面?zhèn)鬟f動(dòng)能。逡逑滴撞擊壁面動(dòng)能逡逑文試驗(yàn)過(guò)程中，通過(guò)改變產(chǎn)生液滴針頭與壁面之間高度來(lái)調(diào)節(jié)液滴撞擊壁面時(shí)逡逑。液滴在重力作用下垂直下落撞擊壁面，將液滴重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為撞擊動(dòng)能，液逡逑撞擊壁面后轉(zhuǎn)化為表面能和粘性耗散等。液滴初始動(dòng)能為液滴整個(gè)撞擊動(dòng)力學(xué)逡逑原動(dòng)力。液滴撞擊壁面動(dòng)能可以表示為式２．１。逡逑Ｅｋｅ邋＝邋＾邋ｍｖｎ邋＝邋ｍ８ｈ邋＝邋＾Ｄ0邋ＰＳｈ邐（２－１）逡逑ｍ為液滴質(zhì)量，ｖ，，為液滴接觸壁面時(shí)速度，ｇ為重力加速度，為撞擊高度，逡逑滴初始直徑，ｐ為液滴密度。逡逑
【學(xué)位授予單位】：南京師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：O35

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