均質(zhì)表面上液滴聚合的可視化實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、固體表面上液滴的聚合是滴狀凝結(jié)過程中的重要現(xiàn)象，對液滴的生長、脫離和掃除有重要的影響。已有的研究工作表明：液滴的聚合是加快梯度能表面材料表面上液滴運(yùn)動(dòng)和滴狀凝結(jié)中液滴快速運(yùn)動(dòng)的主要原因。同時(shí)，它亦是化工、環(huán)保、能源動(dòng)力等領(lǐng)域傳輸過程中的常見現(xiàn)象，對整個(gè)傳輸過程及特性起著重要的作用。 本文利用高速攝影儀對大氣環(huán)境中等溫條件下均質(zhì)表面上液滴的聚合運(yùn)動(dòng)進(jìn)行可視化實(shí)驗(yàn)研究，獲得了液滴聚合過程中接觸線、液橋半徑和接觸角隨時(shí)間變化的規(guī)律，首

2、次分析了界面性質(zhì)、液滴物性、表面傾角以及液滴大小等因素對液滴聚合的影響，并將等徑與非等徑液滴的聚合進(jìn)行了比較，系統(tǒng)地研究了液滴的聚合特性及液滴聚合對液滴運(yùn)動(dòng)的影響，探討液滴聚合的機(jī)理，具有重要的學(xué)術(shù)意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。本文主要研究成果如下： 1.本文首次采取從實(shí)驗(yàn)表面下方注射液滴的方式，使液滴同步緩慢長大而相互聚合。 2.實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)：兩個(gè)液滴聚合后呈衰減性振蕩。這是由兩液滴凹凸液面壓差造成的振蕩，導(dǎo)致液滴內(nèi)部的粘性耗

3、散，其能量來自于液滴聚合后，氣液界面面積的減少而釋放出的表面能。 3.分別對液滴在均質(zhì)有機(jī)玻璃和紫銅表面上的聚合過程進(jìn)行拍攝，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：紫銅表面上液滴聚合，液橋半徑的振幅較大，接觸角振蕩激烈，振蕩時(shí)間較長。 4.相同界面上液滴聚合，液滴的粘性的越大，液橋半徑和接觸角振蕩的頻率和振幅越小，振蕩時(shí)間越短，兩側(cè)接觸線收縮的幅度越小。 5.水平表面上液滴聚合，液滴的直徑越小，液橋半徑振蕩頻率越大，振幅越小，振蕩

4、時(shí)間越短。聚合振蕩穩(wěn)定后的接觸角小于聚合前的靜止接觸角，其差值與固體界面狀況和氣、固、液物性相關(guān)。 6.水平表面上，等徑液滴聚合，液滴兩側(cè)的接觸線和接觸角對稱變化；非等徑液滴聚合，小液滴側(cè)接觸線收縮幅度較大，振蕩較激烈；與等徑液滴聚合相比較，非等徑液滴聚合中液橋半徑的振蕩頻率較大，振幅較小，振蕩時(shí)間較長。 7.水平表面上液滴聚合中釋放出的表面能全部用于液滴振蕩的粘性耗散；傾斜表面上液滴聚合釋放出的表面能除了一部分用于

5、聚合中的粘性耗散外，還有一部分用來克服氣、固、液三相粘性阻力。 8.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：傾斜表面上，液滴聚合可以加快液滴的運(yùn)動(dòng)，使液滴在小于表面下滑臨界半徑時(shí)沿表面下滑。表面的傾角越大，液滴釋放出的表面能越大，下滑的臨界半徑越小。 9.對液滴聚合中液橋半徑隨時(shí)間的變化進(jìn)行擬合，建立實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式，結(jié)果表明：液滴聚合初始階段，液橋半徑隨時(shí)間的的變化滿足 形式，符合 定律。A和b的值與液滴直徑的大小、液滴的粘性、表面性質(zhì)和表面的傾