非平整基底上含不溶性活性剂溶液的流动特性

摘要

随 MEMS技术的发展,非平整基底上微纳尺度的液膜流动在流体机械领域引起了广泛的关注。由于研究尺度微小,表面张力、液体黏性、基底表面性质以及表面活性剂将对液体流动产生重要的影响,进而在很大程度上决定了产品质量及其应用效能。
　　因此,本文针对非平整基底上有、无活性剂液膜/液滴的流动过程,建立了理论模型,并利用润滑理论、非模态稳定性理论和数值模拟分析了液膜/液滴的动力学特性和稳定性,以及重力、活性剂浓度和基底结构参数等的影响规律。主要内容如下:
　　(1)对波纹基底上含不溶性活性剂液滴的铺展过程,推导出其液膜厚度和活性剂浓度的演化方程组,通过PDECOL程序数值求解了演化方程组,研究了波纹基底和活性剂浓度共同作用对液滴铺展的独特影响,并且基于非模态稳定性理论分析了液滴铺展的稳定性及各参数对稳定性的影响。
　　(2)对非平整基底表面上的超薄液膜流动过程,推导出其稳态下的液膜厚度方程,利用PDECOL程序数值分析了不同基底表面上液膜轮廓的变化特征,以及基底结构参数和重力共同作用对液膜流动的影响。
　　(3)对倾斜随机粗糙壁面上含不溶性活性剂液膜/液滴的流动过程,推导出其液膜厚度和活性剂浓度的演化方程组,通过PDECOL程序数值研究了重力、基底表面特征和活性剂浓度三者共同作用对液膜/液滴动力学特性的影响,以及最大液膜厚度和活性剂浓度的变化规律。

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主要符号表

第1章 绪 论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 研究方法及理论

1.3 国内外研究现状

1.4 研究内容

第2章 波纹状基底上含不溶性活性剂液滴的铺展特性

2.1 引 言

2.2 液滴铺展理论模型

2.3 演化方程组推导

2.4 数值模拟初始和边界条件

2.5 基态下的液滴铺展特性

2.6 液滴铺展稳定性分析

2.7 本章小结

第3章 壁面微结构对超薄液膜流动特性的影响

3.1 引 言

3.2 理论模型及超薄液膜厚度演化方程

3.3 数值计算及分析

3.4 本章小结

第4章 倾斜粗糙壁面上含不溶性活性剂溶液的流动特性

4.1 引 言

4.2 物理模型及演化方程组

4.3 数值模拟条件

4.4 液膜流动特性

4.5 液滴铺展特性

4.6 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 结论

5.2 研究展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及其他成果

致谢