不同尺寸液滴组合在超疏水壁面竖直碰撞的数值模拟

摘要

本文对不同直径液滴组合在超疏水平面上的碰撞进行数值模拟，以研究超疏水壁面上竖直方向液滴碰撞的动态过程，重点研究液滴碰撞过程中是否弹跳，以及各无量纲参数对于液滴碰撞过程造成的影响，包括弹跳接触时间、铺展直径和恢复系数。
　　针对以上问题，本文采用VOF方法，并通过无量纲化，将不同工况的影响合成三个主要无量纲参数:Re数、We数、Oh数，不同液滴之间的直径比用ai表示，通过对比不同无量纲参数下的动态过程，可以研究重力、粘性力和表面张力对于液滴碰撞弹跳过程的影响。
　　结果表明:在给定工况内，大液滴碰撞小液滴（ai≤1）大部分工况可以弹跳，弹跳的工况分为三种情况:a.We数较小，碰撞初期“液桥”现象较为明显;b.We数和Re数均较大，“液桥”现象不明显，液滴被拍扁拍碎;c.We数较大，Re数相对于b类要小一些，“液桥”现象不明显，液滴被拍扁但不发生破碎。
　　不反弹的工况集中在两部分:d.Oh特别小的工况部分，液滴受到重力影响过大而无法弹起和e.Oh数特别大的工况部分，液滴由于粘性力影响很大，粘性损耗过大而无法弹起。
　　而小液滴碰撞大液滴（ai＞1）的工况，碰撞模式会发生一定变化，液滴先是通过接触融合产生波动传递，带动融合液滴与壁面发生碰撞进而反弹，无法弹起的工况会随着ai的增大而大幅增加，除了由于重力因素和粘性因素无法弹起的原因，当We数较小时，液滴碰撞也会因为产生的形变较小，其波动传递较弱，使得最终液滴与壁面碰撞后的反弹无法带动液滴进行弹跳。
　　We数对于液滴碰撞过程产生主要的影响，最大铺展直径和接触时间随着We数的增大而增大，最大铺展直径大约与We的0.2次方成正比，接触时间大约与We的0.5次方成正比，We数前面的拟合系数会随着ai的增大而增大。而Re数对于液滴碰撞也会产生一定的影响。碰撞融合之后的恢复系数大小主要受形变程度，粘性损耗与重力因素三方面的影响。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 在空中的液滴碰撞实验研究现状

1．2．2 在表面的液滴碰撞实验研究现状

1．2．3 液滴碰撞的数值模拟现状

1．3 本文研究内容

1．3．1 研究目的

1．3．2 研究内容

1．3．3 创新性

第2章 液滴碰撞壁面过程的数值计算方法

2．1．物理模型

2．2 控制方程的建立与无量纲化

2．3 初始条件、边界条件

2．4 网格划分及求解设置

2．5 模型验证

2．6 本章小结

第3章 等直径液滴不同工况下的动态特征分析

3．1 计算工况

3．2 We数和Re数对于等直径液滴碰撞过程和结果的影响

3．2．1 等直径液滴接触／碰撞弹起的动态过程

3．3．2 We数和Re数对于碰撞结果的影响

3．3 We数和Re数对于等直径液滴碰撞接触时间与铺展直径的影响

3．4 We数和Oh数对等直径液滴碰撞的恢复系数与能量损耗的影响

3．5 本章小结

第4章 不等直径液滴不同工况下的动态特征分析

4．1 大液滴碰撞小液滴(ai=0．5)不同工况下的动态特征分析

4．2 小液滴碰撞大液滴(ai＞1)不同工况下的动态特征分析

4．2．1 We数和Re数对碰撞结果的影响(ai=2)

4．2．2 We数和Re数对不等直径液滴碰撞接触时间与铺展直径的影响(ai=2)

4．2．3 We数和Oh数对不等直径液滴碰撞的恢复系数与能量损耗的影响(ai=2)

4．4 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果

致谢