【摘 要】
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流体对壁面的润湿性是影响流体流动、传热和传质的重要因素,而液滴的动态接触角和铺展特性是流体润湿性的直接表现,因此较多的学者对液滴动态接触角和铺展特性进行了研究。由
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流体对壁面的润湿性是影响流体流动、传热和传质的重要因素,而液滴的动态接触角和铺展特性是流体润湿性的直接表现,因此较多的学者对液滴动态接触角和铺展特性进行了研究。由于液滴内部流动的复杂性,直接对液滴在壁面的铺展过程进行数学理论研究有较大的困难,因此国内外对液滴铺展和动态接触角的研究大部分为实验分析和数值模拟。本文通过建立液滴振荡模型,对液滴的铺展特性和接触角进行理论分析。本文首先对动态接触角实验数据进行曲线拟合,对接触角拟合公式进行C语言编程,并利用Fluent模拟软件和用户自定义函数(UDF),对在动态接触角作用下液滴的形态进行数值模拟研究。研究内容包括液滴在铺展过程中动态接触角的变化形式,及液滴动态接触角对液滴铺展半径和高度的振荡特性的影响。结果表明当液滴在壁面振荡时,液滴铺展半径、高度和动态接触角的变化是衰减振荡形式,并且动态接触角达到最大值时铺展半径达到最大。其次,为了更加全面地分析液滴在壁面的振荡特性并验证模型的正确性,本文对不同直径、接触角和铺展速度的液滴在壁面的振荡进行了数值模拟,分别得到了液滴振荡曲线以及液滴铺展半径的最大值和稳定值、液滴高度的最大值和稳定值、振荡频率和衰减系数与液滴物性和初始条件的关系。结果表明液滴碰撞壁面振荡过程中在粘性力作用下衰减振荡;液滴在壁面的静止半径和高度只受表面润湿性的影响,最大铺展半径、高度及振荡频率主要受表面张力的影响,而衰减系数只与流体粘性系数有关。最后,本文通过建立液滴在壁面振荡的二维和三维模型,对液滴进行受力分析,得到液滴在壁面振荡过程中,液滴物性和初始条件对液滴振荡特性的影响。模型中考虑的液滴作用力主要包括惯性力、表面张力、粘性力和压力,结果表明当液滴与壁面之间没有粘附力作用时,液滴在壁面上等幅振荡。考虑液滴粘性力作用时,随着表面张力的增大,液滴的铺展半径减小而振荡频率增大,衰减系数随着粘性力的增大而增大。通过三维模型分析液滴在壁而上的振荡,结果得到液滴在壁面的静止高度与表面润湿性和表面张力有关。当表面润湿性确定时,液滴静止高度随着表面张力的增大而增大。本文的模拟结果及引用的实验数据证明了模型的正确性。
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