采用改進(jìn)的格子Boltzmann方法,對梯度潤濕性表面上液滴的定向遷移及合并行為進(jìn)行了數(shù)值模擬,該模型在精度和穩(wěn)定性上都有很大改善,同時(shí),研究了梯度潤濕性表面上液滴定向遷移和合并的動(dòng)力學(xué)特性,并對液滴尺寸及潤濕梯度對液滴動(dòng)力學(xué)特性的影響規(guī)律進(jìn)行了分析。數(shù)值結(jié)果表明,液滴在梯度潤濕性表面運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)發(fā)生形變,且動(dòng)態(tài)接觸角逐漸減小。潤濕梯度對液滴定向遷移行為有顯著影響,潤濕梯度越大,液滴左右側(cè)接觸線位移越大,潤濕長度增加越快。但是液滴尺寸對接觸線位移影響較小。潤濕梯度對液橋?qū)挾然緹o影響,但對液滴初始合并時(shí)間有顯著影響。 

【文章來源】：計(jì)算力學(xué)學(xué)報(bào). 2019,36(04)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

圖１Ｄ２Ｑ９離散速度模型Ｆｉｇ．１ＤｉｓｃｒｅｔｅｖｅｌｏｃｉｔｙｍｏｄｅｌｆｏｒＤ２Ｑ９

Δｐ＝ｐｉｎ－ｐｏｕｔ＝σｒ（１３）首先，計(jì)算區(qū)域（２０１×２０１）中央設(shè)置一個(gè)半徑為２０的液滴，四周設(shè)置為周期性邊界條件。模擬時(shí)通過改變液滴半徑ｒ獲取進(jìn)行，Δｐ為液滴內(nèi)外壓力差。由于界面處密度變化很大，導(dǎo)致氣液界面附近壓力波動(dòng)很大，計(jì)算Δｐ時(shí)可忽略不計(jì)，如圖２（ａ）所示。從圖２（ｂ）可以看出，Δｐ與１／ｒ成線性關(guān)系，斜率為表面張力，約為０．２３１４４。為了驗(yàn)證上述改進(jìn)模型的適應(yīng)能力，圖３給出Ｐ－Ｒ狀態(tài)方程的共存曲線。其中，Ｔｒ和ρｒ分別為無量綱的飽和溫度和密度。可以發(fā)現(xiàn)，模擬得到圖２無重力場中靜態(tài)液滴模擬結(jié)果（ｒ０＝２０）Ｆｉｇ．２Ｓｔａｔｉｃｄｒｏｐｌｅｔｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｉｎａｇｒａｖｉｔｙ－ｆｒｅｅｆｉｅｌｄ（ｒ０＝２０）圖３Ｐ－Ｒ狀態(tài)方程共存曲線Ｆｉｇ．３ＣｏｅｘｉｓｔｅｎｃｅｃｕｒｖｅｓｏｆＰ－Ｒｅｑｕａｔｉｏｎｏｆｓｔａｔｅ的氣液密度與Ｍａｘｗｅｌｌ理論解吻合很好，且當(dāng)Ｔｒ＝０．６２時(shí)，密度比可以達(dá)到５６１。因此，本文改進(jìn)的Ｓｈａｎ－Ｃｈｅｎ模型在精度和穩(wěn)定性上有很大改善。在Ｓｈａｎ－Ｃｈｅｎ偽勢模型中，給定流體粒子間相互作用強(qiáng)度Ｇ，可通過調(diào)整Ｇａｄｓ獲取不同接觸角。模擬時(shí)，計(jì)算區(qū)域?yàn)椋玻埃?#215;１０１，上下邊界采用標(biāo)準(zhǔn)反彈格式以實(shí)現(xiàn)無滑移邊界條件，左右邊界采用周期性邊界條件。初始時(shí)刻，半徑為３０的液滴置于ｘ＝１０１和ｙ＝３１處，當(dāng)運(yùn)行至?xí)r間步長

圖２（ａ）所示。從圖２（ｂ）可以看出，Δｐ與１／ｒ成線性關(guān)系，斜率為表面張力，約為０．２３１４４。為了驗(yàn)證上述改進(jìn)模型的適應(yīng)能力，圖３給出Ｐ－Ｒ狀態(tài)方程的共存曲線。其中，Ｔｒ和ρｒ分別為無量綱的飽和溫度和密度�？梢园l(fā)現(xiàn)，模擬得到圖２無重力場中靜態(tài)液滴模擬結(jié)果（ｒ０＝２０）Ｆｉｇ．２Ｓｔａｔｉｃｄｒｏｐｌｅｔｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｉｎａｇｒａｖｉｔｙ－ｆｒｅｅｆｉｅｌｄ（ｒ０＝２０）圖３Ｐ－Ｒ狀態(tài)方程共存曲線Ｆｉｇ．３ＣｏｅｘｉｓｔｅｎｃｅｃｕｒｖｅｓｏｆＰ－Ｒｅｑｕａｔｉｏｎｏｆｓｔａｔｅ的氣液密度與Ｍａｘｗｅｌｌ理論解吻合很好，且當(dāng)Ｔｒ＝０．６２時(shí)，密度比可以達(dá)到５６１。因此，本文改進(jìn)的Ｓｈａｎ－Ｃｈｅｎ模型在精度和穩(wěn)定性上有很大改善。在Ｓｈａｎ－Ｃｈｅｎ偽勢模型中，給定流體粒子間相互作用強(qiáng)度Ｇ，可通過調(diào)整Ｇａｄｓ獲取不同接觸角。模擬時(shí)，計(jì)算區(qū)域?yàn)椋玻埃?#215;１０１，上下邊界采用標(biāo)準(zhǔn)反彈格式以實(shí)現(xiàn)無滑移邊界條件，左右邊界采用周期性邊界條件。初始時(shí)刻，半徑為３０的液滴置于ｘ＝１０１和ｙ＝３１處，當(dāng)運(yùn)行至?xí)r間步長ｔ＝２００００時(shí)達(dá)到平衡狀態(tài)。圖４給出接觸角ＣＡ與流固間相互作用強(qiáng)度Ｇａｄｓ之間的關(guān)系，可以看出，液滴接觸角與Ｇａｄｓ成線性關(guān)系，這與文獻(xiàn)［２５］的結(jié)論一致。４結(jié)果與討論４．１梯度潤濕性表面上液滴定向遷移的動(dòng)力學(xué)行為為了研究潤濕梯度對液滴定向遷移過程的影響，采用上

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號(hào)：3219251