疏水表面振动液滴模态演化与流场结构的数值模拟

摘要

为了研究疏水表面垂直振动液滴的运动规律,本文建立了振动液滴的三维模型,考虑了振动液滴的动态接触角变化过程,通过流体体积函数和连续表面张力(volume of fluid-continue surface force,VOF-CSF)方法实现了液滴受迫振动的数值模拟,得到了液滴的四种模态(2,4,6和8)动态演化过程、内部流场结构以及动态接触角的变化规律.随着振动加速度的改变,液滴可表现出丰富的模态,而具体模态依赖于振动加速度的频率变化.以此为基础,本文对液滴的内部流场结构做了进一步的分析.在模态2和模态4时,液滴内部流动从底部向上产生"Y"型流动,而在模态6和模态8时呈现对称的涡流动.且共振模态阶数越高,液滴内部速度平均值越大.液滴振动时的动态接触角明显偏离静态接触角,表明液滴振动模型有必要考虑动态接触角.模拟结果与文献中的实验结果做了对比,结果符合良好.