基于Boltzmann法的微结构表面液滴浸润性研究

来源 :西安理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ztgu8p
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
近年来,微结构表面润湿性受到了广泛关注。通过构筑表面微观结构可增强表面润湿性,形成超疏水、超亲水表面,因此,在生活、医药、微生物研究以及微机电系统等领域都有着广泛应用。但微结构表面的流固相互作用十分复杂,对表面制备的精度及其微结构间的浸润观测手段要求十分严苛,实验条件往往难以准确观测其表面的浸润效应,因此,借助数值计算方法对流体浸润行为的研究有着重要的理论指导意义。格子Boltzmann方法是通过离散化的流体分布函数来进行介观下流体的流动、碰撞过程的流体数值模拟方法,兼具宏观流体力学和微观分子学两者的优点的同时,有着边界条件易于实施、并行性优良和编程简易的特点,已经被广泛的应用与流体运动和处理工程问题中。本文借助格子Boltzmann伪势模型研究了液滴在微结构表面的浸润过程。研究主要内容为:1.采用格子Boltzmann伪势模型构建了单组分多相流LBGK模型液滴模型,在势函数中引入热力学P-R状态方程以扩大两相流体密度比以满足实际要求,修正流-流相互作用力,将Zeng和S-C相互作用力相结合的形式拟合热力学曲线,对不同流-固作用力对高密度比流体的影响进行了分析,采用新的流-固作用力防止初始振荡速度过大。2.进行模型的验证,通过不同β值的流-流相互作用力与热力学状态方程Maxwell构造下的理论解对比,确定当β=1.238时对应的模拟曲线在气相部分与理论解误差仅为2%左右,与理论值更为一致,模型满足质量守恒,经过足够时间的松弛过程后,模型的表面张力与常温(23°)下的表面张力一致,虚假速度也得到了很好的控制。计算的液滴在光滑壁面上的接触角,与实验对比一致。3.重新构造底部的边界形状,控制固体表面的本征接触角,模拟聚二甲基硅氧烷(PDMS)、钝化和非钝化硅表面在不同微结构的间距下液滴运动与接触角变化;将实验在相应表面测量的不同微结构下的液滴接触角与模拟结果进行对比,模拟与实验接触角相差小于5°,模拟结果与实验测量相符,并分析了微结构的结构参数对液滴表面浸润性的影响及微结构内液体浸润过程。
其他文献
为了评估油气井目的层的产能,石油工作者往往需进行试井。目前,现有的地层测试技术有一定的局限性,使得测试周期和测试成本居高不下。新型地层测试工具在一次下井作业中,能够完成多个地层的测试。而国内对地层测试工具的研究尚处于起步阶段,欧美发达国家各知名公司掌握核心技术,研制出新型地层测试工具迫在眉睫;同时,自主研制新型地层测试工具能大大减小国内各大油服公司生产作业成本。本文针对地层测试工具的关键部件电子液
石油作为一种能源,在国家经济发展中起着重要的作用。目前,我国油田大多数处于“低渗透、低孔隙度和低地层压力”“三低”状态。为了能够改变“三低”状态并且实行国内外提出的“高效低耗”策略,能否制造生产出降低产油成本、提高产油效益的抽油设备则变成了上述问题的关键。本文的主要内容如下:通过对常规型抽油机平衡方式的改变,将其改造为液压式复合平衡方式的调径变矩抽油机。阐述了调径变矩抽油机的工作原理、对其进行了运
石墨烯的成功制备打开了二维材料世界的大门。二维材料呈现原子层厚度的片状结构,其机械性能良好,具有独特的电子和光学等性质,因此二维材料有很强的功能多样性,可以应用在储能器件和电子器件等领域,具有很强的功能多样性。二维GaN作为二维材料家族中的一员,具有许多优异的物理性质,使它在紫外发射器件、光电阴极、储氢材料和高功率光电器件等方面具有潜在的应用前景。本文在前人工作的基础上,研究二维GaN纳米片的制备
随着信息科技的快速发展,新一代的电子智能设备不断趋于小型化、高频化,这些电子产品使人们的工作和生活更加便利,但众多电子元器件在使用过程中产生的电磁辐射污染日益严重,不仅影响精密器件的性能,还威胁着人类的健康。因此,各种各样的电磁屏蔽材料应用而生。导电聚合物复合材料(Conductive Polymer Composites,简称CPCs)以其重量轻、成型性能好、耐化学腐蚀、加工性优良、成本低等优点
(目的)东喜马拉雅构造结快速隆升时间以及雅鲁藏布江和伊洛瓦底江是否曾经相连已经争论了超过半个世纪。(方法)本文采用锆石U-Pb年代学等方法,对缅甸中央盆地新生代地层的“源-汇”路径开展研究,对该问题进行探讨。(结果)缅甸中央盆地始新统发育大量铬尖晶石、各坳陷间锆石年龄谱各不相同,表明该时期沉积物以盆地周边隆起为主要物源,不存在统一的源区;渐新世之后,源自区域变质岩的重矿物组合比例逐渐增加,盆地各坳
X100管线钢具有高的强韧性和良好的焊接性,被广泛用于油气管道建设中。我国已具备生产X100管线钢的能力,但对相匹配的自保护药芯焊丝的研究仍处于起步阶段,因此研制出一种优质的X100管线钢用自保护药芯焊丝迫在眉睫,且具有极大的应用前景。本文基于自保护药芯焊丝渣系理论及微合金强韧化机理,设计出以BaF2为主的低氢低碱性渣系配合Mn-Ni-Mo-Ti合金系的X100管线钢用自保护药芯焊丝。通过正交实验
柔性聚偏氟乙烯三氟乙烯(P(VDF-TrFE))聚合物因其独特的压电、热电和铁电性能备受关注,但其介电和压电常数低于无机材料;锆钛酸钡钙((Ba1-xCax)(Ti1-yZry)O3,简称BCTZ)陶瓷具有压电常数高、介电损耗低、相对介电常数大等优点,然而其可塑性、柔性较差,而柔性聚合物基压电复合材料具有以上两者的优点。本文首先制备了BCTZ/P(VDF-TrFE)复合材料,利用XRD、SEM、铁
二氧化钒(VO2)是相变材料中关注度最高的一种,不仅是因为其优异的相转变特性,更重要的是VO2的金属-绝缘体相转变温度(68℃)最接近室温,并且可以通过尺寸控制、掺杂、复合等途径改变其相变温度,在温控包装和防伪包装领域具有广阔的应用前景。通过构筑VO2复合结构,可以有效提高VO2的光学性能。VO2/SiO2由于其粒径可控、多功能性和高稳定性,受到越来越多研究人员的重视,目前已被用于制备稳定性高、光
麦秸秆是我国十分丰富的生物质资源,将其用于制备植物纤维复合材料是一种环保且经济的高值化利用方式,而对麦秸秆复合材料各项性能的探究与改性增强有助于扩大其应用范围,在植物纤维循环与资源化利用、绿色环保及新材料开发等方面具有长远的现实意义。本论文以麦秸秆纤维(WSF)与高密度聚乙烯(HDPE)为原料,通过熔融共混与立式注塑工艺制备WSF/HDPE复合材料。系统分析了不同目数WSF的纤维形态、化学结构、结
将聚合物与生物质结合形成杂化物或偶联物是有机/有机系统的创新,在传感器、医学和材料科学等方面具有重要前景。聚吡咯因具有较高的电导率、环境稳定性好、易于合成、高热稳定性和无毒性等特点,在诸多领域都有潜在的应用前景。但是,聚吡咯薄膜因缺乏粘附性且脆性大很难将其应用到柔性电子传感器件上。同时,聚吡咯沉淀不太稳定的粘附性阻碍其被更好地利用起来。针对此问题,本文提出将具有类淀粉样组装结构的蛋白质聚集体与聚吡