液滴蒸發(fā)是自然界和工業(yè)中常見的一種現(xiàn)象,比如“咖啡環(huán)效應(yīng)”和乙醇-水的混合蒸發(fā)。這些常見的現(xiàn)象都與液滴與固壁界面之間的相互作用有關(guān),而蒸發(fā)又與潤濕性、表面張力、接觸線移動、相變轉(zhuǎn)化、液滴內(nèi)部的流動和液氣界面上的蒸發(fā)動力學相互耦合。因此,液滴蒸發(fā)是一個復雜的、多領(lǐng)域相互交叉的問題。本文采用分子動力學（Molecular dynamics,簡稱MD）的方法研究納米液滴的蒸發(fā)現(xiàn)象,主要工作和成果如下:（1）研究了各向異性界面對納米液滴蒸發(fā)的影響。為了方便起見,模擬中采用了納米液柱,液氣粒子之間的相互作用采用Lennard-Jones勢函數(shù)。界面的各向異性是通過兩種等寬度但不同化學類型的交替條紋實現(xiàn)的,不同的條紋與液滴之間的接觸角是不同的。本文的模擬是通過加熱固壁使得液滴蒸發(fā),而不是在等溫狀態(tài)下的液滴蒸發(fā)。研究表明,整個蒸發(fā)過程以非均勻蒸發(fā)效應(yīng)為主,在蒸發(fā)初期體積膨脹和局部蒸發(fā)效應(yīng)起著重要的作用。在整個蒸發(fā)過程中液滴的質(zhì)量不是均勻減少的,而是以一種指數(shù)衰減的方式減少。從納米尺度的觀點來看,接觸線的緩慢移動在釘扎過程中是確實存在的,本文的數(shù)值模擬也證實了這一現(xiàn)象。因此,納米尺度下的釘扎現(xiàn)象與宏觀... 

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

【文章頁數(shù)】：156 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．２?Ｃａｓｓｉｅ＾Ｂａｘｔｅｒ潤濕模型（左邊兩圖）和Ｗｅｎｚｅｌ潤濕模型（右邊兩圖）（Ｃｈｅｎ?ｅｉ?ａ／．，??２０１２；?Ｌｉ?ｅｔ?ａ／．，?２０１４）〇??Ｙｏｕｎｇ方程對于宏觀液滴形狀的描述己經(jīng)足夠精確

１．３液滴蒸發(fā)模式???ｅＵＬ，２０１０；?Ｗｅｉｊｓｄａ？．，２０１１）。線張力的研宄對認識納米液滴潤濕蒸發(fā)、光刻技術(shù)和??晶體成核等具有重要的作用（Ｐｅｔｈｉｃａ，１９７７；?Ｐｅｔｅｒｓ?ｅｉａＺ．，２０００；?Ｌｏｐｅｓ?＆：?Ｊａｅｇｅｒ，２００１；??Ａｍｉｒｆａｚｌｉ?＆：?Ｎｅｕｍａｎｎ，?２００４）〇??丨?；＾ＬＶ??！??ｉ?．；?．??圖１．３線張力模型示意圖（Ｌｖ?ｅｆ?ａ／．，２００８）。??１．３?液滴蒸發(fā)模式??液滴蒸發(fā)可以分為懸浮液滴蒸發(fā)和附著在固壁上的液滴蒸發(fā)。在本文中如果不特??別說明，都是指附著在固壁上的液滴蒸發(fā)。液滴在等溫蒸發(fā)亦或是受熱蒸發(fā)的過程??中，人眼最直接觀察到的是液滴形貌的復雜變化，比如高度、體積、接觸半徑和接觸??角等。而在人眼無法感知的其他地方也發(fā)生著復雜的變化，比如液滴內(nèi)部流體的復雜??流動和液氣界面上無時無刻不在進行著的傳質(zhì)傳熱現(xiàn)象，其中接觸角和接觸半徑的??變化又對這些看不見的現(xiàn)象起著至關(guān)重要的作用。Ｐｉｃｋｎｅｔｔ?Ｂｅｘｏｎ?（１９７７）根據(jù)接觸??角和接觸半徑的變化規(guī)律，提出了兩種主要蒸發(fā)模式：恒定接觸半徑模式（Ｃｏｎｓｔａｎｔ??Ｃｏｎｔａｃｔ?Ｒａｄｉｕｓ?ｍｏｄｅ，簡稱ＣＣＲ?ｍｏｄｅ）和恒定接觸角模式（Ｃｏｎｓｔａｎｔ?Ｃｏｎｔａｃｔ?Ａｎｇｌｅ??ｍｏｄｅ，簡稱ＣＣＡ?ｍｏｄｅ）。恒定接觸半徑模式指的是在蒸發(fā)過程中接觸線釘扎在固體??界面上，接觸半徑不變而接觸角不斷變校恒定接觸角模式指的是在蒸發(fā)過程中接觸??線不斷向液滴中心收縮，接觸角不變而接觸半徑不斷變校在相關(guān)的文獻中（Ｋｈｅｄｉｒ??ｅｉａＺ．，?２０１１），恒定接觸半徑模式又

第一章緒論??（Ｋｈｅｄｉｒ?ｅｆ?ａ／”?２０１１）。??ＳｃＵｅｔｗｉＫＷａｉａ?ＣＨｏｐｌｅｉ?Ｃｏｎｓｔａｎｔ?Ｃｏｎｔａｃｔ?Ｌｍｅ?ｃ〇ｎ４ｔａｎｔＣｃ？ｉｔａｃｔ，＼３ｉｇｌｅ?Ｍｉｘｅｄ?Ｍｏｄｅ?（ＭＭ）??ｏｉｌ?ｔｌＬｅ?ＨｙｄｒｏｊｆＪｉｏＩｎｃ?＾ＣＣＬ）?Ｍｃｘｉｅ?（ＣＣ?＼）?Ｍｏｄ＾??Ｓｏｌｉｄ?Ｓｕｂｓｔｒａｋ：??圖１．４液滴蒸發(fā)過程中的三種蒸發(fā)模式示意圖（Ｋｈｅｄｉｒ?２０１１）。??Ｍａｘｗｅｌｌ?（１８９０）早在１００年前就對一個懸浮液滴蒸發(fā)進行了研究，并提出了第一??個懸浮液滴蒸發(fā)的理論模型。Ｂｉｒｄｉ?ｅｉ?ｄ．?（１９８９）在液氣界面通過引入Ｆｉｃｋ法則作為其??邊界條件，研宄了固壁上液滴的蒸發(fā)速率。隨后Ｒｏｗａｎ?（１９９５）通過實驗研宄了??接觸半徑在０．２９３？０．５８５ｍｍ的親水性液滴在聚甲基丙烯酸甲酯（ＰＭＭＡ）上蒸發(fā)時??液滴質(zhì)量和形貌的變化。他們的實驗結(jié)果顯示液滴蒸發(fā)過程中發(fā)生了釘扎（Ｐｉｎｎｉｎｇ）??現(xiàn)象，即液滴的蒸發(fā)模式為ＣＣＲ模式。隨后他們將Ｋｃｋ法則應(yīng)用于ＣＣＲ模式，通過??研宄擴散方程推導了液滴蒸發(fā)過程中接觸角隨時間的變化規(guī)律。質(zhì)量形式的擴散方程??如下所示：??—＝ｐ—?＝?－Ｄ?［?ＶｃｄＳ?（１．７）??ｄｔ?Ｈ?ｄｔ?Ｊ??其中ｍ、ｐ和Ｋ分別是液滴的質(zhì)量、密度和體積，（是蒸發(fā)時間，〇是氣體擴散系數(shù)，??ｃ是氣體濃度，是液滴表面積。當不考慮液氣界面不同方位角質(zhì)量蒸發(fā)的不均勻性??時，且認為液滴邊界處的氣體濃度（ｃ〇）和無窮遠處的氣體濃度（ｃ＾）近似恒定，則??徑向的氣體濃度梯度在液滴邊界處可以表示為：??—＝ｃ〇°?￣?ｃ

【參考文獻】：
期刊論文
[1]Nonlinear effects of line tension in adhesion of small droplets[J]. 呂存景,殷雅俊,鄭泉水.  Applied Mathematics and Mechanics(English Edition). 2008(10)



本文編號：2920803