液滴與柔性薄壁結(jié)構(gòu)相互作用的現(xiàn)象廣泛存在自然界和工業(yè)界,包括彈性毛細(xì)現(xiàn)象和液滴撞擊柔性基底問題。本文發(fā)展了液滴與柔性薄壁結(jié)構(gòu)相互耦合的數(shù)值算法,展示了該算法模擬彈性毛細(xì)現(xiàn)象的能力。然后用該方法數(shù)值研究了液滴撞擊柔性基底的問題,發(fā)現(xiàn)了基底柔性影響液滴撞擊的相關(guān)物理機(jī)制。本文的主要工作及研究成果如下:（1）發(fā)展了液滴與柔性薄壁結(jié)構(gòu)相互耦合的數(shù)值算法。其中,多相格子玻爾茲曼方法（MLBM）用于求解守恒型界面追蹤方程和不可壓縮Navier-Stokes方程;幾何非線性有限元法（FEM）用于求解柔性薄壁結(jié)構(gòu)的控制方程;無滑移邊界條件通過插值的Bounce-Back方法進(jìn)行施加;柔性邊界所受的外部載荷通過動量交換法和擴(kuò)散界面格式的積分方法進(jìn)行求解;引入了最小加權(quán)平方法施加給定接觸角的潤濕性邊界條件。對所發(fā)展的算法進(jìn)行了充分的數(shù)值驗(yàn)證,包括液滴在平面和曲面上的浸潤、重力作用下的絲線擺動和均勻來流中的絲線運(yùn)動以及倒置板擺動。結(jié)果證明了多相流體求解器和柔性固體求解器的有效性。然后模擬并研究了液滴在超柔性薄膜上的彈性毛細(xì)現(xiàn)象,發(fā)現(xiàn)數(shù)值結(jié)果與實(shí)驗(yàn)和理論結(jié)果吻合得很好,展示了數(shù)值算法處理彈性毛細(xì)現(xiàn)象的能力。（... 

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

【文章頁數(shù)】：101 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 研究背景和意義
    1.2 研究現(xiàn)狀
        1.2.1 液滴與柔性結(jié)構(gòu)相互作用的研究進(jìn)展
        1.2.2 數(shù)值方法的研究進(jìn)展
    1.3 本文主要工作
第2章 液滴與柔性薄壁結(jié)構(gòu)的耦合算法研究
    2.1 引言
    2.2 兩相流-格子波爾茲曼方法（LBM）
        2.2.1 流體求解器控制方程
        2.2.2 界面追蹤方程的數(shù)值解法
        2.2.3 Navier-Stokes方程的數(shù)值解法
        2.2.4 流體求解器算法流程
    2.3 有限元法（FEM）
        2.3.1 一般固體的控制方程和完全拉格朗日有限元解法
        2.3.2 二維細(xì)梁結(jié)構(gòu)的共旋格式幾何非線性有限元數(shù)值解
        2.3.3 固體求解器算法流程
    2.4 流固耦合邊界
        2.4.1 Bounce-Back方法
        2.4.2 固體邊界的受力
        2.4.3 接觸角模型
        2.4.4 流體點(diǎn)的覆蓋與更新
    2.5 本章小結(jié)
第3章 彈性毛細(xì)現(xiàn)象的數(shù)值模擬
    3.1 引言
    3.2 數(shù)值方法與驗(yàn)證
        3.2.1 液滴在平面上的潤濕/去潤濕
        3.2.2 液滴在圓柱表面上的潤濕/去潤濕
        3.2.3 重力作用下懸掛的絲線
        3.2.4 均勻來流中的絲線運(yùn)動
        3.2.5 均勻來流中的倒置板擺動
        3.2.6 液滴在柔性薄膜上的彈性毛細(xì)現(xiàn)象
    3.3 液滴浸潤在超柔性薄膜上的數(shù)值研究
        3.3.1 液滴尺寸對液滴和薄膜變形的影響
        3.3.2 接觸角對液滴和薄膜變形的影響
        3.3.3 膜內(nèi)張力的分布
    3.4 本章小結(jié)
第4章 液滴撞擊柔性基底的數(shù)值研究
    4.1 引言
    4.2 問題描述
    4.3 數(shù)值方法和程序驗(yàn)證
    4.4 結(jié)果與分析
        4.4.1 接觸時間
        4.4.2 動量傳遞
max和δ_max的尺度律">        4.4.3 β_max和δ_max的尺度律
        4.4.4 不同潤濕性下柔性對液滴彈跳的影響
    4.5 本章小結(jié)
第5章 工作總結(jié)與研究展望
    5.1 工作總結(jié)
    5.2 主要創(chuàng)新點(diǎn)
    5.3 研究展望
附錄A 二維框架切向剛度矩陣求法
參考文獻(xiàn)
致謝
在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與取得的研究成果



本文編號：3150660