【摘要】：液滴合并及碰撞是自然界和工業(yè)生產(chǎn)中各種流體動(dòng)力學(xué)過(guò)程中常見(jiàn)的現(xiàn)象,研究及深化理解液滴合并及其碰撞過(guò)程,有著重要的學(xué)術(shù)意義,并具有指導(dǎo)相關(guān)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。近年來(lái)關(guān)于液滴合并研究的基本側(cè)重于在外加條件下的響應(yīng),如乳液滴電致合并、液體大理石合并等,但從相對(duì)簡(jiǎn)單體系的液滴合并來(lái)深刻理解合并現(xiàn)象的相關(guān)研究比較少。此外,關(guān)于液滴碰撞的基本動(dòng)力學(xué)以及相關(guān)擴(kuò)展的研究比較多,涉及研究液滴碰撞的動(dòng)力學(xué)、液滴碰撞超疏水表面后的彈跳,液體大理石的碰撞等,但對(duì)于液滴碰撞顆粒層表面相關(guān)的研究比較少。本文從實(shí)驗(yàn)和理論兩方面探討了在有機(jī)玻璃基底上的兩個(gè)坐滴合并后液體橋的弛豫現(xiàn)象。發(fā)現(xiàn)液體橋通過(guò)兩種截然不同的方法弛豫到平衡狀態(tài):阻尼振蕩弛豫和欠阻尼弛豫。當(dāng)粘度較低時(shí)(丙三醇水混合溶液中丙三醇的重量分?jǐn)?shù)小于70%,即粘度小于24.18)(6?),阻尼振蕩會(huì)出現(xiàn),在這種現(xiàn)象中,液體橋會(huì)經(jīng)歷阻尼振蕩過(guò)程,直到它達(dá)到穩(wěn)定的形狀為止。然而,如果粘滯效應(yīng)變得顯著(丙三醇水混合溶液中丙三醇的重量分?jǐn)?shù)大于70%,即粘度大于24.18)(6?),就會(huì)發(fā)生欠阻尼弛豫。在這種情況下,液體橋在非周期衰變模式下弛豫到它的平衡態(tài)。進(jìn)一步分析表明,阻尼振蕩的阻尼率和振蕩周期與慣性毛細(xì)時(shí)間尺度τ_((8)有關(guān)。這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果也通過(guò)COMSOL Multiphysics的數(shù)值模擬得到驗(yàn)證。此外,本文采用高速攝像機(jī)與顯微鏡系統(tǒng)相結(jié)合的方式以透射光成像系統(tǒng)研究了液滴碰撞顆粒層表面,結(jié)果發(fā)現(xiàn):液滴碰撞覆蓋有一層或多層PMMA疏水性顆粒的載玻片表面會(huì)形成無(wú)顆粒環(huán),隨后經(jīng)過(guò)一系列數(shù)據(jù)處理分析形成無(wú)顆粒環(huán)的機(jī)理。在不同的碰撞速度下,形成無(wú)顆粒環(huán)的過(guò)程和原因都不相同,根據(jù)形成原因可以分為兩部分:第一種是液滴碰撞顆粒表面層后,由于最小表面能原理,在表面張力和毛細(xì)力的作用下,液滴傳播邊緣回縮帶回一部分顆粒形成無(wú)顆粒的環(huán);第二種是液滴碰撞后,重力勢(shì)能會(huì)轉(zhuǎn)化為其他耗散能以及動(dòng)能,使得液滴傳播邊緣推動(dòng)顆粒,顆粒在慣性勢(shì)的作用下前進(jìn)或飛濺,形成無(wú)顆粒環(huán)。另外,在我們進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的碰撞速度范圍內(nèi)(0.16m/sv2.82m/s),根據(jù)無(wú)顆粒環(huán)的寬度與碰撞速度的關(guān)系,大致可以分為三個(gè)區(qū)域:第一部分,當(dāng)碰撞速度從0.16m/s變化到0.90m/s時(shí),依靠碰撞后液滴傳播邊緣回縮帶回一部分顆粒形成環(huán),表現(xiàn)出無(wú)顆粒環(huán)的寬度隨著碰撞速度的增加而呈線性關(guān)系增加;第二部分,當(dāng)沖擊速度從0.90m/s到1.40m/s時(shí),環(huán)寬度基本不變,該部分無(wú)顆粒環(huán)的形成是液滴傳播邊緣液體回縮帶回一部分顆粒和液滴傳播邊緣推動(dòng)顆粒前進(jìn)和飛濺的共同作用形成;第三部分,碰撞速度范圍從1.40m/s到2.26m/s時(shí),無(wú)顆粒環(huán)的寬度隨碰撞速度線性增加,但在碰撞速度大于2.26m/s后,環(huán)寬度基本保持不變,該環(huán)寬僅依靠液滴傳播邊緣推動(dòng)顆粒形成。
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：O351.2
【圖文】：

分布會(huì)受到碰撞的結(jié)果（合并、反彈或者飛濺）的影響，從而對(duì)隨后的過(guò)程產(chǎn)生很大影響，所以研究者早期主要關(guān)注最終結(jié)果以及其決定因素來(lái)對(duì)液滴碰撞進(jìn)行研究。再比如內(nèi)燃機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)中的噴霧燃燒過(guò)程[37]，食品、化妝品等加工制造業(yè)中的乳液聚合形成過(guò)程[38, 39]，化工工程中的各種液液萃取過(guò)程[40, 41]，日常生活垃圾處理和碳?xì)浠衔锇l(fā)酵過(guò)程等等。此外，還有噴墨液滴等，從電子元件的焊接到生物技術(shù)的微滴陣列形成，噴墨液滴的研究結(jié)果在制造和技術(shù)開(kāi)發(fā)過(guò)程中的作用越來(lái)越大。1.2 液滴合并相關(guān)的研究綜述如前文所述，液滴合并對(duì)許多工業(yè)生產(chǎn)制造過(guò)程都十分關(guān)鍵，吸引著眾多研究者的研究興趣，但對(duì)于合并現(xiàn)象的深刻理解仍舊比較缺乏。而對(duì)于液滴合并，根據(jù)兩種液體是否相同又可以分為兩類(lèi)：同種類(lèi)液滴合并和不同種類(lèi)液滴合并。下面將分別進(jìn)行闡述。1.2.1 不同種類(lèi)液滴的合并

同粘度值與表面張力差值的合并行為相圖。描繪了液滴表面張力的差異與液。每一對(duì)符號(hào)的上端點(diǎn)表示延遲合并的表面張力差值最小值 Δγ，相應(yīng)的下導(dǎo)致了快速的合并的最大表面張力差值 Δγ。hase diagram of the coalescence behavior in the surface tension difference vs viscifference in surface tensionΔγ of the droplets is plotted as a function of the viscosifilled droplet. The upper point of each pair indicates the minimumΔγ for which dence was observed. The respective lower point represents the maximum Δγ, which fast coalescence.[42]細(xì)現(xiàn)象總是使得兩個(gè)相互靠近的液滴傾向于合并。盡管如此，兩個(gè)同，不同種類(lèi)但完全混溶的液滴通常不會(huì)在接觸后瞬間融合，而是觀察到不合并階段。Stefan Karpitschka 及其研究團(tuán)隊(duì)[42, 43]利用實(shí)驗(yàn)部和側(cè)面觀察了不同但完全互溶液體坐滴的合并過(guò)程，如圖 1.1 所示不同的非揮發(fā)性二醇與碳酸的水混合物組成，表面張力從 33mN/m~在 9°~20°之間，粘度范圍為 1cP~12cP。分析給出了這些液滴合并行

重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文 1 緒 論5圖1.4 草酸過(guò)量的情況下，通過(guò)原理圖、俯視圖圖像(OM)和SEM圖像展示在液滴合并過(guò)程中的沉淀物析出分布。過(guò)量濃度在 η M之間的，析出形成了不同聚集形態(tài)和大小的條紋圖案。在所有情況下，草酸濃度固定在1.1M，粘度為

本文編號(hào)：2802689