為了探究液滴在通過圓形表面的運動過程中固體表面的潤濕性對液滴運動的影響,基于S-C偽勢模型的介觀格子Boltzmann方法(LBM),課題組對重力場下液滴的運動過程進(jìn)行了二維數(shù)值模擬,并考慮了氣-液、液-固間的相互作用力與重力的影響。同時采用MATLAB軟件圖像處理中的邊緣檢測技術(shù)來提取液滴輪廓線,然后以多項式擬合的方法來獲得液滴的接觸角。計算結(jié)果表明:液滴的整體運動速度會隨著接觸角的增大而增大,而且都會經(jīng)歷一個相同的速度變化過程,同時在液滴下落的過程中存在一個臨界接觸角。該研究表明潤濕性對液滴運動有顯著的影響,其模擬結(jié)果對液滴動力學(xué)的仿真有一定的參考價值。

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圖1D2Q9模型示意圖Figure1SchematicdiagramofD2Q9model1．2作用力的引進(jìn)

為離散方向上的局部平衡態(tài)分布函數(shù)。feqi與局部密度ρ和速度u有關(guān)，其表達(dá)式為feqi=wiρ1+ci·uc2s+(ci·u)22c4s－u22c2[]s。(2)式中:wi為權(quán)重因子，當(dāng)i=0時，wi=4/9;當(dāng)i=1，2，3和4時，wi=1/9;當(dāng)i=5，6，7和8時，wi=1....

圖2不同溫度下液滴內(nèi)外壓差與半徑倒數(shù)之間的關(guān)系Figure2Ｒelationbetweeninternaland

形。根據(jù)Laplace定律可得穩(wěn)定時液滴內(nèi)外的壓力差pin－pout與表面張力σ和液滴的半徑Ｒ滿足以下關(guān)系式:Δp=pin－pout=σＲ。(12)在模擬中，選擇SC狀態(tài)方程，四周均取周期性邊界條件，氣相和液相的初始密度由Maxwell重構(gòu)得到，初始液滴半徑依次為20，30，40....

圖3物理模型結(jié)構(gòu)示意圖Figure3Schematicdiagramofphysicalmodelstructure

給出了不同溫度下的液滴內(nèi)外壓差Δp與液滴半徑的倒數(shù)1/Ｒ的關(guān)系。將模擬結(jié)果進(jìn)行線性擬合后發(fā)現(xiàn)液滴內(nèi)外壓差與液滴半徑的倒數(shù)成正比關(guān)系。數(shù)值模擬結(jié)果符合Laplace定律，同時根據(jù)式(12)可知直線的斜率為液滴的表面張力，從圖中很容易看出隨著系統(tǒng)溫度的下降，液滴的表面張力在增大。圖2....

圖4液滴接觸角計算過程示意圖Figure4Schematicdiagramofdropletcontactanglecalculationprocess圖4(a)和圖4(b)分別是液滴外形圖與邊緣檢測

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