利用相界面追蹤的耦合水平集-流體體積（CLSVOF）方法,對(duì)液滴撞擊超疏水管狀壁面的動(dòng)態(tài)特性展開研究,主要討論粘性系數(shù)和表面張力系數(shù)對(duì)撞擊過程的影響。研究結(jié)果表明:液滴粘性系數(shù)越小,液膜的鋪展速度越快,回縮速度也越快,同時(shí)越早發(fā)生反彈,反彈高度也越大;隨著表面張力系數(shù)的增大,液膜達(dá)到最大鋪展所需時(shí)間減少,會(huì)阻礙液膜的鋪展,但會(huì)促進(jìn)其回縮,當(dāng)表面張力系數(shù)為0.01 N/m時(shí),液膜外邊緣出現(xiàn)飛濺且液膜主體不發(fā)生反彈;還對(duì)液滴撞擊超疏水管壁后出現(xiàn)的反彈、飛濺現(xiàn)象的機(jī)理展開分析。 

【文章來源】：太陽能學(xué)報(bào). 2020,41(10)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

撞擊速度v為0.7 m/s時(shí)，實(shí)驗(yàn)和模擬結(jié)果中液滴形態(tài)變化過程的定性比較

不同Re下，鋪展系數(shù)D*和無量綱液膜中心高度H*隨無量綱時(shí)間t*的變化曲線如圖5所示。圖5a為不同Re下，液滴撞擊管壁后的鋪展系數(shù)D*隨無量綱時(shí)間t*的變化曲線。從圖中可看出，3組曲線的變化趨勢(shì)都是D*隨t*的增大先增大后減小，最終降為零（即發(fā)生反彈脫離壁面）；與此同時(shí)，液膜鋪展系數(shù)的最大值隨著Re的增大而增大，Re越大液膜回縮速度越快；而液膜整體反彈離開管壁的所需時(shí)間隨Re的增大而減小，原因在于較小的粘性力使得液膜容易掙脫壁面，脫離時(shí)間會(huì)變短。圖5b為不同Re下，液滴撞擊管壁后的無量綱液膜中心高度H*隨無量綱時(shí)間t*的變化曲線。由圖可知，在不同粘性系數(shù)下，鋪展階段的無量綱液膜中心高度H*變化趨勢(shì)均為先減小后增加，無量綱液膜中心高度在t*為4之前變化不大；隨著時(shí)間的增加，3組曲線在t*為4之后變化明顯：Re越大無量綱液膜中心高度H*越大，這主要是由于Re越大，粘性系數(shù)越小，其在鋪展回縮過程中損失總能量越小，使得液滴有更多的能量支持其發(fā)生反彈，相應(yīng)的反彈高度也就越大。2.2 表面張力系數(shù)的影響

本文選取表面張力系數(shù)σ分別為0.01、0.10和0.50 N/m，同時(shí)保持粘性系數(shù)μ為0.01 kg/（m·s）不變，數(shù)值模擬結(jié)果如圖6和圖7所示。從圖6中發(fā)現(xiàn)，在不同表面張力系數(shù)下，液滴初始階段都是在慣性力的主導(dǎo)作用下沿管壁鋪展，當(dāng)σ取0.01 N/m時(shí)（圖6a），其相同時(shí)刻的鋪展直徑明顯大于圖6b、圖6c（即b組和c組情況（2 ms）），主要是在表面張力系數(shù)小的情況下，動(dòng)能向表面能的轉(zhuǎn)換速度相對(duì)較慢；隨著鋪展的進(jìn)行，液膜外緣會(huì)出現(xiàn)一組對(duì)稱飛濺小液滴（4～6 ms），之后管壁上的液膜繼續(xù)鋪展至最大值后回縮，最終未發(fā)生反彈，液膜沉積在管壁上；出現(xiàn)這種現(xiàn)象的主要原因是由于表面張力過小，不足以維持液膜的一體性，使得液膜外緣在較大慣性力和重力的牽扯作用下產(chǎn)生飛濺，且液膜的總能量不足以引起反彈，液膜最終沉積在管壁上。當(dāng)σ由0.10 N/m增至0.50 N/m時(shí)，由于表面張力的增大，液膜能越快發(fā)生回縮，在4.0 ms，σ為0.50 N/m時(shí)已發(fā)生反彈，而σ為0.1 N/m時(shí)則未發(fā)生反彈。液滴的表面張力系數(shù)與無量綱參數(shù)We密切相關(guān)：

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]液滴撞擊超疏水管狀壁面的動(dòng)態(tài)特性研究[J]. 劉曉華,趙一鳴,陳石,沈勝?gòu)?qiáng),王斯琦.  熱科學(xué)與技術(shù). 2017(04)
[2]水平管降膜蒸發(fā)器中液膜厚度周向分布研究[J]. 朱曉靜,邱慶剛,權(quán)生林,沈勝?gòu)?qiáng).  太陽能學(xué)報(bào). 2016(12)
[3]液滴撞擊超疏水壁面反彈及破碎行為研究[J]. 劉冬薇,寧智,呂明,閻凱,孫春華.  計(jì)算力學(xué)學(xué)報(bào). 2016(01)
[4]液滴撞擊固體表面鋪展特性的實(shí)驗(yàn)研究[J]. 畢菲菲,郭亞麗,沈勝?gòu)?qiáng),陳覺先,李熠橋.  物理學(xué)報(bào). 2012(18)



本文編號(hào)：3629611