液滴碰撞壁面振蕩的特性分析.pdf

1、流體對壁面的潤濕性是影響流體流動、傳熱和傳質(zhì)的重要因素，而液滴的動態(tài)接觸角和鋪展特性是流體潤濕性的直接表現(xiàn)，因此較多的學(xué)者對液滴動態(tài)接觸角和鋪展特性進(jìn)行了研究。由于液滴內(nèi)部流動的復(fù)雜性，直接對液滴在壁面的鋪展過程進(jìn)行數(shù)學(xué)理論研究有較大的困難，因此國內(nèi)外對液滴鋪展和動態(tài)接觸角的研究大部分為實(shí)驗(yàn)分析和數(shù)值模擬。本文通過建立液滴振蕩模型，對液滴的鋪展特性和接觸角進(jìn)行理論分析。
　　本文首先對動態(tài)接觸角實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線擬合，對接觸角擬合公

2、式進(jìn)行C語言編程，并利用Fluent模擬軟件和用戶自定義函數(shù)(UDF)，對在動態(tài)接觸角作用下液滴的形態(tài)進(jìn)行數(shù)值模擬研究。研究內(nèi)容包括液滴在鋪展過程中動態(tài)接觸角的變化形式，及液滴動態(tài)接觸角對液滴鋪展半徑和高度的振蕩特性的影響。結(jié)果表明當(dāng)液滴在壁面振蕩時(shí)，液滴鋪展半徑、高度和動態(tài)接觸角的變化是衰減振蕩形式，并且動態(tài)接觸角達(dá)到最大值時(shí)鋪展半徑達(dá)到最大。
　　其次，為了更加全面地分析液滴在壁面的振蕩特性并驗(yàn)證模型的正確性，本文對不同直徑、

3、接觸角和鋪展速度的液滴在壁面的振蕩進(jìn)行了數(shù)值模擬，分別得到了液滴振蕩曲線以及液滴鋪展半徑的最大值和穩(wěn)定值、液滴高度的最大值和穩(wěn)定值、振蕩頻率和衰減系數(shù)與液滴物性和初始條件的關(guān)系。結(jié)果表明液滴碰撞壁面振蕩過程中在粘性力作用下衰減振蕩;液滴在壁面的靜止半徑和高度只受表面潤濕性的影響，最大鋪展半徑、高度及振蕩頻率主要受表面張力的影響，而衰減系數(shù)只與流體粘性系數(shù)有關(guān)。
　　最后，本文通過建立液滴在壁面振蕩的二維和三維模型，對液滴進(jìn)行受力分

4、析，得到液滴在壁面振蕩過程中，液滴物性和初始條件對液滴振蕩特性的影響。模型中考慮的液滴作用力主要包括慣性力、表面張力、粘性力和壓力，結(jié)果表明當(dāng)液滴與壁面之間沒有粘附力作用時(shí)，液滴在壁面上等幅振蕩?？紤]液滴粘性力作用時(shí)，隨著表面張力的增大，液滴的鋪展半徑減小而振蕩頻率增大，衰減系數(shù)隨著粘性力的增大而增大。通過三維模型分析液滴在壁面上的振蕩，結(jié)果得到液滴在壁面的靜止高度與表面潤濕性和表面張力有關(guān)。當(dāng)表面潤濕性確定時(shí)，液滴靜止高度隨著表面張力