液滴碰撞微小固体壁面动态特性研究

摘要

液滴碰撞不仅在日常生活中随处可见，而且在工业应用广泛存在，如雨滴下落撞击地面、咖啡里添加牛奶、医疗液体药品雾化、激光器和电子设备表面喷雾冷却、打印中墨滴撞击纸面、微结构材料成型中液滴喷射，及内燃机中燃料液滴与汽缸内壁碰撞、液滴互碰等。为获得液滴碰撞过程的动力学形态，掌握液滴碰撞中的变化规律，本文在浙江省自然科学基金——生物质油滴撞击热壁面动态特性与传热机理研究——资助的基础上，通过自行搭建的液滴碰撞实验装置系统，通过高速CCD相机和高速摄像机捕捉液滴动态变化过程，针对液滴碰撞微小固体壁面的动力学特性与碰撞后形态进行研究。主要工作如下： 针对单液滴颗粒碰撞微小固体表面的动态过程展开研究，利用注射器产生单液滴颗粒，使其自由下落碰撞微小固体壁面，着重研究固体壁面尺寸与碰撞速度的影响，利用高速摄像机捕捉碰撞动态变化过程，使用MATLAB对捕捉到的图像数据进行处理。 同时，针对连续多液滴碰撞微小固体壁面的飞溅特性展开研究，利用液滴喷射技术产生多连续液滴，在具有一定初速度的情况下碰撞微小固壁，着重研究碰撞过程中固体壁面、碰撞速度及液滴尺寸的影响，利用高速 CCD相机和高速摄像机捕捉碰撞动态过程，使用MATLAB对捕捉到的图像数据进行处理。 结果表明，在液滴碰撞微小固体壁面的过程中，壁面尺寸对碰撞的动态过程有重要的影响，直接影响液滴铺展后形态的变化。碰撞速度在该碰撞过程中也起着至关重要的作用，影响碰撞后的形态类型。在液滴连续碰撞微小固体壁面的过程中，壁面尺寸越小，飞溅效果越剧烈，产生的二次液滴数量越多，直径越大。碰撞速度增加，碰撞后固体壁面上的液膜积累越少，飞溅效果越明显。液滴直径对飞溅形态也有着重要影响，液滴直径增大，飞溅产生的二次液滴数量增加，尺寸增大，收到重力影响增加。此外，碰撞高度不仅影响碰撞速度，也一定程度上影响了碰撞形态，到碰撞高度较低时，碰撞形态为射流碰撞，随高度增加，射流破裂产生液滴间距变大，达到一定高度时，飞溅效果达到最佳，然后高度继续增加时，飞溅效果减弱。

目录

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第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 研究现状

1.3 本文主要工作及研究内容

第二章 实验系统

2.1 实验系统

2.2 实验方案

2.3 实验方法

2.4 本章小结

第三章 单液滴撞击微小固壁动态特性研究

3.1 固壁尺寸影响

3.2 碰撞速度影响

3.3 碰撞过程中最大铺展范围与三相接触角研究

3.4 本章小结

第四章 连续多液滴碰撞微小固壁飞溅特性研究

4.1 固壁尺寸影响

4.2 碰撞速度影响

4.3 液滴直径的影响

4.4 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 主要结论

5.2 展望

致谢

参考文献

附录