多相流普遍存在于許多自然現(xiàn)象和工程應用之中,研究多相流體的運動機制,對理解自然界規(guī)律、改進生產(chǎn)工藝和促進學科發(fā)展具有十分重要的意義。晶格Boltzmann方法已經(jīng)發(fā)展成為模擬研究多相流系統(tǒng)的有效工具,其高效性、準確性和魯棒性也被普遍證實,并成功地應用于許多與表面潤濕科學和工程相關領域。本文基于化學勢邊界條件,利用幾何的方法來實時地計算接觸角。首先通過線性插值的方法確定三相接觸點和最近的液滴氣液界面與水平網(wǎng)格線的交點位置,然后采用反三角函數(shù)計算得到接觸角�；谶@個介觀的方法,研究了化學異構表面上液滴形變中的接觸角變化。通過設置不同的化學勢改變固體表面的親疏水性質(zhì),模擬計算落在固體表面之上的液滴和懸掛在固體表面下方的液滴。在忽略重力作用下,模擬得到的接觸角與球冠法的理論預期一致,接觸角可以通過表面化學勢線性調(diào)節(jié),并且驗證了液滴質(zhì)量的大小與接觸角無關。在考慮重力作用下,雖然不同大小的液滴發(fā)生了明顯的不同程度的形變,但是模擬計算所得的接觸角保持不變,驗證了微觀接觸角與重力無關的理論分析。應用化學勢多相流模型,研究了液滴在化學異構的傾斜表面上的運動和接觸角遲滯現(xiàn)象。當基板表面的親疏水條帶的化學勢...

【文章頁數(shù)】：64 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 引言
    1.1 研究背景
    1.2 研究現(xiàn)狀
    1.3 研究內(nèi)容
    1.4 論文組成
第2章 晶格Boltzmann方法的基本理論與多相流模型
    2.1 標準單弛豫的晶格Boltzmann方程
    2.2 流場的邊界條件
        2.2.1 反彈邊界條件
        2.2.2 周期邊界條件
        2.2.3 曲線邊界條件
        2.2.4 插值邊界條件
    2.3 晶格Boltzmann多相流模型
        2.3.1 偽勢模型
        2.3.2 自由能模型
        2.3.3 壓力張量模型
    2.4 小結
第3章 基于化學勢晶格Boltzmann方法的多相流模型
    3.1 模型的構建
    3.2 狀態(tài)方程對應的化學勢
    3.3 化學勢邊界條件
    3.4 模型的驗證
        3.4.1 熱力學一致性驗證
        3.4.2 伽利略不變性驗證
    3.5 小結
第4章 液滴在化學異構表面上的運動
    4.1 介觀尺度的接觸角計算方法
        4.1.1 接觸角的度量
        4.1.2 接觸角的介觀形態(tài)
    4.2 無重力的液滴接觸角
        4.2.1 線性可調(diào)的接觸角
        4.2.2 接觸角與液滴的質(zhì)量無關
    4.3 液滴形變中的接觸角
        4.3.1 平板上的液滴
        4.3.2 懸掛的液滴
    4.4 液滴在化學異構傾斜表面上的運動
        4.4.1 液滴的準靜態(tài)接觸角遲滯
        4.4.2 液滴的動態(tài)接觸角遲滯
        4.4.3 條帶寬度和化學勢的影響
    4.5 小結
第5章 具有超大密度比的化學勢多相流模型
    5.1 模型的構建
        5.1.1 LBM的三層空間
        5.1.2 基本量的變換
        5.1.3 量綱分析確定變換
    5.2 用高階差分計算導數(shù)
    5.3 模擬和驗證
        5.3.1 超大密度比模型的熱力學一致性
        5.3.2 氣液界面的性質(zhì)
        5.3.3 液滴飛濺和伽利略不變性
    5.4 小結
第6章 總結與展望
    6.1 本文總結
    6.2 工作展望
參考文獻
攻讀碩士期間的科研成果
致謝



本文編號：3843154