采用格子Boltzmann方法（LBM）研究了T型微通道內(nèi)冪律流體液滴運(yùn)動行為及其流型相圖.主要研究了液滴冪律指數(shù)n對液滴破裂時頸部厚度、前端運(yùn)動距離等形變特性以及流型相圖的影響.數(shù)值結(jié)果表明,冪律流體液滴在T型微通道內(nèi)存在阻塞破裂、隧道破裂以及不破裂三種流型.在阻塞破裂過程中,液滴頸部厚度隨時間逐漸減小,且液滴冪律指數(shù)n越大,液滴頸部厚度隨時間減小得越慢.同時液滴前端運(yùn)動距離隨時間線性增加,且隨著n的增加,液滴破裂時前端運(yùn)動距離越長.在隧道破裂過程中,液滴頸部厚度也隨時間逐漸減小,與阻塞破裂相似,n越大液滴頸部厚度減小得越慢.與阻塞破裂相比,液滴隧道破裂時對應(yīng)的臨界頸部厚度有所增加,且液滴前端運(yùn)動距離隨時間先快速增加,然后再緩慢增加,隧道寬度隨時間近似呈對數(shù)增長.此外,液滴未破裂時液滴頸部厚度以及液滴前端運(yùn)動距離出現(xiàn)波動現(xiàn)象.液滴的冪律指數(shù)n越大,液滴越容易破裂,但越不容易達(dá)到阻塞破裂.根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果得到了各流型相圖之間冪函數(shù)形式臨界分界線的擬合公式,該擬合公式可以預(yù)測不同流型. 

【文章來源】：應(yīng)用數(shù)學(xué)和力學(xué). 2020,41(10)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：21 頁

【部分圖文】：

不同網(wǎng)格大小時無量綱液滴頸部厚度δ*隨無量綱時間的演化情況

根據(jù)Laplace定律可知,當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定時,表面張力系數(shù)σ恒定,且液滴內(nèi)外的壓力差Pi-Po與液滴半徑的倒數(shù)1/r呈線性關(guān)系:為了驗(yàn)證Laplace定律,在數(shù)值模擬中分別考慮了r=20,22,24,26,28和30六種情況.為了保證數(shù)值模擬結(jié)果具有一般性,研究了液滴為剪切變稀(n=0.7)、Newton(n=1.0)與剪切變稠(n=1.3)流體三種情形. 圖1(a)、 1(b)與1(c)分別給出了在冪律指數(shù)n為0.7、 1.0與1.3時得到的液滴內(nèi)外壓力差Pi-Po與半徑倒數(shù)1/r的關(guān)系.由圖1可知,模擬結(jié)果與Laplace定律一致.

本小節(jié)對非Newton剪切變稀靜態(tài)液滴的靜態(tài)接觸角進(jìn)行驗(yàn)證.數(shù)值模擬中網(wǎng)格數(shù)為128×65,在計(jì)算區(qū)域下邊界中心處放置半徑r=20,密度ρl=0.5以及冪律指數(shù)n=0.7的非Newton半圓液滴,液滴周圍充滿了ρg=0.1的Newton氣體,初始?xì)庖簝上嗟倪\(yùn)動黏度均為νg=νl=1/6.計(jì)算域的邊界條件設(shè)置為:上下壁面是無滑移邊界條件,左右是周期邊界條件.圖3 穩(wěn)態(tài)接觸角θ與指標(biāo)參數(shù)?wall的線性關(guān)系

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號：3219090