椭柱颗粒间的毛细作用研究

摘要

毛细理论在自然科学研究以及工程实际应用中有着十分重要的意义。本文以椭柱颗粒为例，研究形状上各向异性颗粒间的毛细作用。本文着重从理论方面考察椭柱颗粒的形状参数对于其毛细半月面构型、毛细相互作用的影响，并进一步研究椭柱颗粒在流场中受毛细力作用时的运动规律。
　　首先考察气-液界面间椭柱颗粒的毛细半月面，一方面运用渐进解析法得到半月面的多级展开式近似解，另一方面使用有限元数值软件SURFACE EVOLVER得到半月面数值解，分析了两种方法所得半月面结果之间的偏差以及偏差的来源，并研究了椭柱颗粒半月面和三相接触线特征。
　　其次根据所得到的半月面渐进解析解，利用等效叠加法得出椭柱颗粒间毛细相互作用的解析表达式，并分析了椭圆特征参数对椭柱颗粒的受力特征以及运动平衡规律的影响。
　　最后在毛细相互作用解析表达式的基础上，研究毛细力在水生植物俘获现象中的作用，推导得到了单向耦合流场中受毛细力作用的悬浮椭柱颗粒的运动方程并数值求解，根据结果分析颗粒的运动规律，比较毛细俘获和直接俘获之间的差异并分析了流场变化和椭圆形状参数变化对俘获作用的影响。
　　本文对椭柱颗粒产生的毛细现象以及毛细静力学进行了系统的研究，对毛细力作用下的颗粒动力学问题进行了初步的探究，为更加复杂的各向异性毛细问题研究奠定基础。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景

1.2 研究现状

1.3 本文研究内容

2 椭柱颗粒毛细半月面的求解

2.1 渐进解析法求解毛细半月面

2.2 SURFACE EVOLVER数值求解毛细半月面

2.3 毛细半月面计算结果的分析和对比

2.4 本章小结

3 椭柱颗粒间的毛细相互作用特性

3.1 毛细级子间的相互作用介绍

3.2 椭柱颗粒间的相互作用分析

3.3 本章小结

4受毛细力作用的椭柱颗粒在流场中的运动规律

4.1 问题描述

4.2 流场的分析和数值模拟

4.3 椭柱颗粒的运动方程及数值求解

4.4 椭柱颗粒的运动规律分析

4.5 本章小结

5 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

致谢

参考文献

附录 作者攻读学位期间发表论文及专利目录