由溫度梯度或化學(xué)濃度梯度驅(qū)動(dòng)的流動(dòng)現(xiàn)象不僅常見(jiàn)于日常生活中,而且還廣泛存在于工業(yè)應(yīng)用中,這類(lèi)流動(dòng)現(xiàn)象主要包括Marangoni效應(yīng)和自然對(duì)流。本文發(fā)展了一種能夠模擬這類(lèi)問(wèn)題的數(shù)值方法,結(jié)合數(shù)值模擬和理論分析研究了自潤(rùn)濕液滴在帶有溫度梯度平板上的運(yùn)動(dòng)以及反應(yīng)釜加熱過(guò)程中的流體行為,主要工作如下:（1）基于守恒型Level-Set的界面捕捉方法,提出了能夠處理具有擴(kuò)散效應(yīng)的可混溶流體的多相界面流動(dòng)的計(jì)算方法。采用改進(jìn)的擴(kuò)散對(duì)流方程使可混溶流體在界面處滿足法向無(wú)穿透條件,提出了可混溶流體的中間步以保證該擴(kuò)散對(duì)流方程與守恒型Level-Set方法的相容性,即可對(duì)化學(xué)濃度梯度引起Marangoni效應(yīng)進(jìn)行數(shù)值模擬。同時(shí)我們也討論了溫度引起的Marangoni效應(yīng)和自然對(duì)流的模擬方法。通過(guò)多個(gè)算例對(duì)于本算法從多個(gè)方面進(jìn)行了驗(yàn)證,展示了本方法的精確性和健壯性。最后我們將該程序應(yīng)用在液滴在多流體環(huán)境中的運(yùn)動(dòng)的流動(dòng)問(wèn)題,展示了該方法潛在的計(jì)算能力和應(yīng)用價(jià)值。（2）數(shù)值模擬了自潤(rùn)濕液滴在帶有溫度梯度平板上的運(yùn)動(dòng),探討了界面上的表面張力梯度對(duì)液滴變形和位移的影響。自潤(rùn)濕流體不同于一般流體（例如油,水等）,其... 

【文章來(lái)源】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：85 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．１?（ａ）葡萄酒的眼淚示意圖［１］，分別展示了壁面處不穩(wěn)定的脊?fàn)罱Y(jié)構(gòu)、接觸線以及由于??重力而流下的液滴，即“眼淚”

?第１章緒論???Ｋｉｍｅ／ｆｌ／．?發(fā)現(xiàn)液滴和乙醇液池融合是會(huì)形成穩(wěn)定的圓盤(pán)形結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生穩(wěn)定的放??射狀流場(chǎng)，圖１．１（ｂ）分別展不了?ＰＴＶ（ＰａｒｔｉｃｌｅＴｒａｃｋｉｎｇＶｅ丨ｏｃｉｍｅｔｒｙ）實(shí)驗(yàn)結(jié)果的側(cè)??視圖和俯視圖，該現(xiàn)象可能在界面清潔和藥物制備方面有重要作用。ＣｉｒａｅＭ／．ｍ??的工作中發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)或多個(gè)無(wú)接觸的丙二醇液滴通過(guò)蒸發(fā)效應(yīng)實(shí)現(xiàn)互相吸引效??應(yīng)，并且在接觸后能發(fā)生排斥或者追逐的復(fù)雜行為，在應(yīng)用上實(shí)現(xiàn)了液滴推進(jìn)和??自組裝的功能。以上這些有趣的現(xiàn)象都是濃度梯度誘導(dǎo)界面發(fā)生Ｍａｒａｎｇｏｎｉ效應(yīng)??導(dǎo)致的。??）〇■？?ｉｎ＾２Ｌｉ??Ｉ?１??ｍｍｍ??ｍｋｓｓｓｓｓｓＳＳＳＢＳ＾ＨＩ??圖１．?２?（ａ）三列圖像展示了?Ｄａｒｈｕｂｅｒｄａ／．?？通過(guò)操縱底部電熱絲的溫度，從而使液滴發(fā)生夾??斷、位移和轉(zhuǎn)向。（ｂ）Ｂｊｅｌ〇ｂｒｋｅ？ａ／．〖９】實(shí)驗(yàn)中液滴遷移的紅外線圖像，該實(shí)驗(yàn)通過(guò)基底表面浸??潰處理克服了接觸線遲滯對(duì)液滴運(yùn)動(dòng)的阻礙，增強(qiáng)了液滴的運(yùn)動(dòng)性能。??除了流體中的多種組分會(huì)引起Ｍａｒａｎｇｏｎｉ效應(yīng)，溫度也會(huì)引起相同的效果。??溫度經(jīng)常能夠用作操縱液滴或者氣泡運(yùn)動(dòng)的手段。Ｂｏｕａｓｓｅ叩］發(fā)現(xiàn)附著在傾斜細(xì)??絲上的液滴能夠逆重力發(fā)生爬升，細(xì)絲的下端溫度高上端溫度低，這是由于液滴??兩端的表面張力的差異驅(qū)動(dòng)液滴運(yùn)動(dòng)。最近的一些研宄通過(guò)這種效應(yīng)操縱液滴在??帶有溫度梯度平板上運(yùn)動(dòng)。如圖１．２（ａ）所示，Ｄａｒｈｕｂｅｒｅｆｄ?［８］通過(guò)控制底板的溫??度從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)管道中的液滴的控制，使其發(fā)生了遷移、轉(zhuǎn)彎、夾斷的復(fù)雜行為，??為微流控領(lǐng)域提供了新的液滴控制的思路。但是溫度

?第１章緒論???一方面，在涉及液滴移動(dòng)或者氣泡遷移等問(wèn)題中，擴(kuò)散作用會(huì)較大的影響界面的??演化，因?yàn)橐旱位蛘邭馀莸奈灰扑俣攘考?jí)上與各相擴(kuò)散速度相當(dāng)［７，９］，圖１．４展??示了?Ｃｉｒａ?ｅ／?ｉ?［７］實(shí)驗(yàn)中液滴的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，可以看到液滴之間發(fā)生了復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)??行為，例如吸引、排斥、追逐和融合，這些復(fù)雜的行為全部歸結(jié)于液滴蒸發(fā)的蒸??汽對(duì)自身以及附近液滴表面張力的影響，而這些過(guò)程持續(xù)的時(shí)間都在秒的量級(jí)，??因此可以預(yù)見(jiàn)氣體擴(kuò)散效應(yīng)非常重要。在更加復(fù)雜的問(wèn)題中，擴(kuò)散作用也起著重??要的作用。例如在Ｋｉｍ?ｅ／ａ／．?１６］的工作中所發(fā)現(xiàn)乙醇滴入水面后所形成的圓盤(pán)尺??寸就受到了乙醇擴(kuò)散的影響，其結(jié)果展示在圖１．１（ｂ）中；在Ｌｉｅ／的實(shí)驗(yàn)中??發(fā)現(xiàn)油滴在會(huì)存在濃度梯度的乙醇溶液的流體中進(jìn)行反復(fù)的跳躍，其最終跳躍的??停止也被認(rèn)為與兩相的混合相關(guān)。因此如果在計(jì)算此類(lèi)問(wèn)題時(shí)，擴(kuò)散效應(yīng)的準(zhǔn)確??計(jì)算對(duì)于理解流體行為必不可少。??⑷?＿?Ｇｉ??（ｂ）?｜?ｔ?｜—￣Ｉ?Ｉ?Ｉ?—￣Ｉ?＾?Ｉ?？ｉ?Ｉ?＃??？?ｉ．丨？丨？?ｉ？丨；丨１丨響丨－??Ｏｓ?２ｓ?４￥?６ｓ?８ｓ?１０８?ｉＳｉ?Ｕｓ?１６?ｓ?１８?Ｓ??Ｌｏｎｇｈｒａｎｇ＾?ａｔｔｆ？ｃｔｉ〇ｏ?Ｓｔ？ｏｎ－ｆａｎｇ？?ｃｈａ？ｎｇ??（ｃ）?Ｔ￣￣＼??？?‘?＇參參、ｆ?％?％?，上??ＯＳ?？＆?４Ｓ?＆Ｓ?ｄｓ?１０ｓ?１２＊?１４?Ｓ?１６Ｓ?ＴＳｓ??ｌｏｎ９－ｒａｒ＾＆?？ｔｎＫ３〇ｎ?Ｃｏａｉｍｃｍ：＊??圖１．?４?（ａ）?２分鐘內(nèi)玻片上的不同濃度的被染成不同顏色的丙二醇液滴運(yùn)動(dòng)軌跡的疊


本文編號(hào)：2964299