液滴棘齒運(yùn)動(dòng)在自然界和工業(yè)界中廣泛存在,是當(dāng)前流體力學(xué)領(lǐng)域的熱點(diǎn)問(wèn)題之一,該問(wèn)題的研究對(duì)于生物醫(yī)學(xué)、材料學(xué)和仿生學(xué)等領(lǐng)域都有著重要的科學(xué)意義。為此,本文針對(duì)振動(dòng)傾斜平板上的液滴爬升現(xiàn)象,斜齒振動(dòng)平板上的液滴棘齒運(yùn)動(dòng)機(jī)制和傾斜振動(dòng)的水平平板上的復(fù)合液滴棘齒運(yùn)動(dòng)問(wèn)題,采用擴(kuò)散界面方法,開(kāi)展了數(shù)值模擬研究和理論分析,主要內(nèi)容和研究成果如下:（1）揭示了液滴在振動(dòng)傾斜平板上的爬升機(jī)制。采用三維數(shù)值模擬方法,首次提供與實(shí)驗(yàn)定量符合的數(shù)值結(jié)果（Brunet et al.,2007）。再者,液滴棘齒運(yùn)動(dòng)雖然源于平板傾斜于縱向振動(dòng)方向破壞了系統(tǒng)的幾何對(duì)稱(chēng)性,但其力學(xué)效應(yīng)體現(xiàn)在施加在液滴上的簡(jiǎn)諧振動(dòng)與其潤(rùn)濕面積的周期性變化間存在遲滯效應(yīng)。具體地,液滴向平板下端運(yùn)動(dòng)的半周期潤(rùn)濕面積大于向平板上端運(yùn)動(dòng)的半周期。為此我們對(duì)振動(dòng)液滴的一周期內(nèi)受力平衡展開(kāi)理論分析,建立了此棘齒機(jī)制相關(guān)的流體力學(xué)模型。模型考慮了平板振動(dòng)、重力和接觸角遲滯等效應(yīng),并且模型預(yù)測(cè)的尺度率關(guān)系和數(shù)值結(jié)果對(duì)比良好。（2）探究了液滴在振動(dòng)斜齒平板上由于平板結(jié)構(gòu)不對(duì)稱(chēng)性導(dǎo)致的兩種運(yùn)動(dòng)模態(tài)及其對(duì)應(yīng)的棘齒機(jī)制。數(shù)值模擬結(jié)果中將斜齒帶來(lái)的各向異性簡(jiǎn)化... 

【文章來(lái)源】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：146 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

圖１．４振動(dòng)傾斜平板上的液滴振動(dòng)形態(tài)側(cè)視圖（Ｂｒｕｎｅｔ?ｅｉａ／．，２００７）

????Ｔｉｍｅ?（ａ．?ｕ．）??圖１．５?（ａ）豎直和水平耦合振動(dòng)液滴的雙振子模型（Ｎｏｂｌｉｎ?ｅｈＬ，?２００９６）。⑷模型反饋的棘齒??狀運(yùn)動(dòng)示意圖。??＆?Ｔｈｉｅｌｅ?（２０１０）建立了一種小平板傾角二維潤(rùn)滑模型。他的模型預(yù)測(cè)液謫振動(dòng)存在??截止頻率（與實(shí)驗(yàn)工作趨勢(shì)一致），并認(rèn)為液滴定向運(yùn)動(dòng)的原理是由于斜向振動(dòng)的豎??直分量影響了液滴高度影響的水平方向的移動(dòng)能力，從而導(dǎo)致液滴在水平方向出現(xiàn)不??對(duì)稱(chēng)的運(yùn)動(dòng)。其中，水平方向的移動(dòng)能力在該模型中與液滴的高度（幾何效應(yīng)）和粘??性相關(guān)�；诖四Ｐ�，他提出了液滴定向運(yùn)動(dòng)速度與振幅Ｍ和傾角／？間的尺度率??關(guān)系：??〈ｗ〉？命，?（１．１）??總體來(lái)說(shuō)，該潤(rùn)滑模型得到了比較好的定性結(jié)論，并從力學(xué)角度解釋了液滴振動(dòng)運(yùn)動(dòng)??的原理，但仍有較大的局限性。畢竟液滴的接觸線運(yùn)動(dòng)規(guī)律和粘性、慣性力作用規(guī)律??對(duì)于二維液滴和真實(shí)的三維液滴之間存在非常大的差別

?１０００??Ｔ??圖１．６潤(rùn)滑模型下的定向平均速度尺度率（Ｊｏｈｎ?＆?Ｔｈｉｅｌｅ，?２０１０）。??作用下液滴可能存在爬升的情況，并給出了爬升的臨界條件。（Ｂｅｎｉｌｏｖ＆Ｂｉｌｌｉｎｇｈａｍ，??２０１１）建立了不同的淺水（ｓｈａｌｌｏｗ?ｗａｔｅｒ）模型，主要討論液滴慣性，表面張力作用??和振動(dòng)三種力學(xué)機(jī)制的競(jìng)爭(zhēng)。以上的工作主要圍繞此問(wèn)題中液滴在各類(lèi)不同理論假設(shè)??環(huán)境下的爬升可能性而展開(kāi)，并且受到過(guò)多理論假設(shè)的制約，對(duì)于棘齒機(jī)制的一般性??力學(xué)原理理解貢獻(xiàn)不足。??與之類(lèi)似地，Ｂｒａｄｓｈａｗ?＆Ｂｉｌｌｉｎｇｈａｍ?（２０１６）在同樣的理論框架下，專(zhuān)門(mén)針對(duì)此??問(wèn)題中接觸角遲滯的作用開(kāi)展了理論研究，他的研究模型所做假設(shè)與Ｂｅｎｉｌｏｖ?（２０１１）??比較接近，其結(jié)果與Ｂｅｎｉｌｏｖ?（２０１１）也定性相符。并且指出了模型假設(shè)范圍內(nèi)不同的??接觸線速度－接觸角次冪對(duì)于振動(dòng)的影響。同樣的，這些理論工作都受制于理論假設(shè)??和模型的限定范圍


本文編號(hào)：2992149