發(fā)布時間：2020-05-20 01:17

【摘要】：液滴撞擊固體壁面后會迅速變形,而后在固體壁面上鋪展破裂。當(dāng)液滴與基板之間存在溫差的時候,還會伴隨有傳熱現(xiàn)象。液滴撞擊固體壁面的過程涉及到流體力學(xué)、傳熱學(xué)、表面化學(xué)等多學(xué)科的交叉;另外,液滴撞擊固體壁面也是日常生活中非常常見的一種現(xiàn)象,在發(fā)電、噴墨打印、電力電子和農(nóng)業(yè)等生產(chǎn)領(lǐng)域也有大量的應(yīng)用。因此深入地研究液滴的鋪展過程不但具有重要的理論意義,也具備廣泛的實際應(yīng)用價值。本文將通過數(shù)值模擬和實驗的方式來研究液滴在固體基板上的撞擊鋪展過程。在數(shù)值模擬中,基于Level Set Method建立軸對稱兩相模型,捕捉液滴鋪展過程中的界面運(yùn)動規(guī)律�；诜肿觿恿W(xué)理論(Molecular Kinetic Theory),獲得液滴鋪展過程中的動態(tài)接觸角與移動接觸線的關(guān)系。搭建實驗臺,利用高速相機(jī)記錄液滴鋪展過程中的變化。結(jié)果表明,液滴鋪展過程中的數(shù)值模擬結(jié)果與實驗結(jié)果符合良好。和常接觸角模型相比,利用分子動力學(xué)理論獲得的動態(tài)接觸角的模型更能準(zhǔn)確的模擬液滴鋪展的過程�；谒⒌臏�(zhǔn)確數(shù)學(xué)模型,進(jìn)一步分析了液滴的We數(shù)、Re數(shù)以及Ca數(shù)對于液滴的撞擊鋪展過程的影響。同時,發(fā)現(xiàn)液滴在撞擊固體壁面的過程中,在液滴底部會產(chǎn)生氣穴,本文對于氣穴對液滴鋪展過程的影響進(jìn)行深入研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn),氣穴的存在促進(jìn)了氣穴附近流體的流動,從而整體上提升了帶有氣穴的液滴的鋪展速度,最終影響了液滴的撞擊鋪展過程。進(jìn)一步,分析了不同We數(shù)、Re數(shù)下帶有氣穴的液滴鋪展過程。結(jié)果發(fā)現(xiàn),We數(shù)、Re數(shù)對于帶有氣穴的液滴和未帶有氣穴的液滴的鋪展過程的影響規(guī)律是一致的。本文的結(jié)果對于液滴沖擊固體壁面等現(xiàn)象的研究具有重要的意義
【圖文】：

肀北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文逡逑接觸角逡逑研宄中，液滴在鋪展過程中的動態(tài)接觸角度將采用分子動力ｌａｒ邋ｋｉｎｅｔｉｃｓ邋ｔｈｅｏｒｙ）來處理［２６＇２７］。根據(jù)這一理論，動態(tài)接觸角是一體壁面上方區(qū)域內(nèi)的分子層有關(guān)，移動接觸線的運(yùn)動是由三相分子的總動能決定的。動態(tài)接觸角的大小也與實驗中直接測量相等。動態(tài)接觸角的表達(dá)式是與移動接觸線速度相關(guān)的函數(shù)，下：逡逑６ｄ邋＝邋ａ邋ｃｏｓ邋ｃｏｓ邋０、ｒ邋－邋Ａｉｎ邋（ＢＣａｅｌ邋＋邋小邋＋邋（ＢＣａｃｉｙ邋）邐（，、５＝一￥，它們是通過實驗擬合得到的，，根0■0邐２＾ｋ°Ａ逡逑據(jù)計算得出Ａ＝０．６４、Ｂ＝２４６ｍ］。逡逑

２．２．２控制方程離散方法逡逑采用有限體積法將控制方程離散成具有標(biāo)記的單元（ＭＡＣ），速度是被定逡逑義在單元表面上，而變量以及標(biāo)量被定義在單元中心。動量方程以及連續(xù)方程逡逑的聯(lián)立解是通過標(biāo)準(zhǔn)投影法求解得到。采用Ａｄａｍｓ－Ｂａｓｈｆｏｒｔｈ法對對流項求解，逡逑采用Ｃｒａｎｋ－Ｎｉｃｏｌｓｏｎ法對擴(kuò)散項求解，然后可以求出中間速度，這些中間參數(shù)逡逑通過連續(xù)方程進(jìn)行壓力修正來更新。逡逑每一步計算需要分兩個階段完成，先計算中間速度，而后引入壓力相，由逡逑壓力修正項進(jìn)行進(jìn)一步的求解�；谝陨侠碚摚罱K得到離散后的Ｎ－Ｓ方程，逡逑如下面所示：逡逑擴(kuò)散項：逡逑一N±邋（笠邋＋邋＾邐（２－３２）逡逑Ａｔ邐Ｒｅ邋ｄｘ邋ｊ邋ｄＸｊ邋ｄｘ丨逡逑對流項：逡逑
【學(xué)位授予單位】：華北電力大學(xué)(北京)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：O313.4

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