液滴與復(fù)雜壁面的相互作用的問題在自然界,日常生活以及工業(yè)生產(chǎn)中都是十分常見。前人雖然對(duì)液滴撞擊問題做了大量的研究工作,但是對(duì)于液滴與復(fù)雜壁面的相互作用以及液滴與物體流固耦合等問題缺乏定量的研究。因此本文采用擴(kuò)散界面-浸入邊界方法進(jìn)行數(shù)值模擬,重點(diǎn)研究了液滴撞擊球面的動(dòng)力學(xué)行為以及液滴與圓球的流固耦合問題。主要工作內(nèi)容可分為以下三個(gè)部分:(1)對(duì)液滴撞擊球面后在球面上的鋪展和回縮動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。數(shù)值模擬結(jié)果表明,圓球與液滴的相對(duì)大小λr對(duì)于液滴在球面上的鋪展和回縮動(dòng)力學(xué)具有重要影響。在液膜鋪展初期,液膜前端會(huì)形成一層均勻厚度的液膜,此均勻液膜厚度hL能夠被近似為hL,∞(1+3/4λr-3/2),其中hL,∞為λr趨于無窮時(shí)液膜的厚度。在液膜鋪展初期,當(dāng)無量綱時(shí)間被液膜厚度重新尺度化后,液滴在球面上潤濕面積的變化不依賴于λ7r。另外我們發(fā)現(xiàn)液滴在球面上回縮過程呈勻速狀態(tài),通過理論分析我們得到了兩種機(jī)制下液滴的回縮速度,且與數(shù)值結(jié)果吻合良好。最后我們將此問題延伸至凹球面問題,此時(shí)液膜厚度hL可以被λr近似為hL,∞o/(1+1/4Ar-1)。如果將凹球面曲率定義為負(fù)數(shù),那么不管凹...

【文章頁數(shù)】：126 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 研究背景
    1.2 研究現(xiàn)狀
        1.2.1 液滴撞擊平面的研究進(jìn)展
        1.2.2 液滴撞擊復(fù)雜壁面的研究進(jìn)展
        1.2.3 液滴撞擊可移動(dòng)物體的研究進(jìn)展
    1.3 本文工作
第二章 研究方法介紹
    2.1 數(shù)值模擬方法——定曲面邊界算法
        2.1.1 擴(kuò)散界面方法
        2.1.2 流動(dòng)控制方程
        2.1.3 浸入邊界方法
        2.1.4 特征線法移動(dòng)接觸線模型
        2.1.5 表面張力的計(jì)算
        2.1.6 方程離散和計(jì)算步驟
    2.2 數(shù)值模擬方法——?jiǎng)忧孢吔缢惴?br>        2.2.1 剛體運(yùn)動(dòng)
        2.2.2 剛體受力計(jì)算
    2.3 本章小結(jié)
第三章 液滴撞擊固體球面的鋪展和回縮動(dòng)力學(xué)研究
    3.1 引言
    3.2 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和收斂性驗(yàn)證
    3.3 數(shù)值結(jié)果與討論
        3.3.1 流動(dòng)特征
        3.3.2 球頂處液膜厚度
        3.3.3 液膜前端液膜厚度
        3.3.4 潤濕動(dòng)力學(xué)
        3.3.5 回縮動(dòng)力學(xué)
        3.3.6 問題延伸——液滴撞擊凹面的研究
    3.4 本章小結(jié)
第四章 液滴撞擊固體小球的模態(tài)轉(zhuǎn)化分析
    4.1 引言
    4.2 數(shù)值結(jié)果與討論
        4.2.1 流動(dòng)模態(tài)
        4.2.2 最大潤濕面積
        4.2.3 接觸線釘扎
    4.3 結(jié)果與討論
        4.3.1 包裹與回縮模態(tài)轉(zhuǎn)化
        4.3.2 穿透模態(tài)與包裹模態(tài)轉(zhuǎn)化
        4.3.3 穿透模態(tài)與脫離模態(tài)轉(zhuǎn)化
    4.4 本章小結(jié)
第五章 液滴與圓球?qū)ψ驳牧鞴恬詈涎芯?br>    5.1 引言
    5.2 結(jié)果與討論
        5.2.1 流動(dòng)特征
        5.2.2 模態(tài)轉(zhuǎn)化
        5.2.3 最大潤濕面積
        5.2.4 液滴鋪展時(shí)間
        5.2.5 液滴回縮時(shí)間
        5.2.6 圓球下降高度
        5.2.7 液滴與圓球的接觸時(shí)間
    5.3 本章小結(jié)
第六章 總結(jié)和展望
    6.1 工作總結(jié)
    6.2 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)
    6.3 研究展望
參考文獻(xiàn)
攻讀博士學(xué)位期間的研究成果
致謝



本文編號(hào)：3880391