發(fā)布時(shí)間：2018-06-09 23:56

  本文選題：噴墨打印 + 數(shù)值模擬�。� 參考：《廣西師范大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：噴墨打印技術(shù)在各種新型的工業(yè)中都有廣泛的應(yīng)用,例如:細(xì)胞打印、3D打印、電子封裝、制作DNA材料等等。正是由于噴墨打印技術(shù)的普及應(yīng)用,現(xiàn)在越來(lái)越多的人們對(duì)該技術(shù)進(jìn)行研究。噴墨打印的質(zhì)量跟液滴的噴射速度息息相關(guān)。因此在噴墨打印中,如何控制液滴的噴射速度是我們需要研究的最基本和最重要的問(wèn)題。然而,對(duì)液滴噴射速度的研究又涉及到非常復(fù)雜的流體力學(xué)知識(shí)。因此,為了對(duì)液滴的演化過(guò)程進(jìn)行深入的研究分析,以指導(dǎo)實(shí)際的生產(chǎn)需要。很多研究者付出了很多的時(shí)間和精力,他們運(yùn)用的方法主要是科學(xué)實(shí)驗(yàn),通過(guò)實(shí)驗(yàn)我們可以很好地理解流體的長(zhǎng)尾、液滴噴射的具體行為過(guò)程,也為數(shù)值模擬的驗(yàn)證提供了不可或缺的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。但是由于實(shí)驗(yàn)方法本身的局限性以及噴射行為本身的復(fù)雜性,使得實(shí)驗(yàn)的重復(fù)性不易實(shí)現(xiàn),這些局限性限制了人們運(yùn)用實(shí)驗(yàn)方法對(duì)噴墨打印進(jìn)行更深入地研究。隨著技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步,有些學(xué)者運(yùn)用了數(shù)值模擬的方法模擬液滴的形成過(guò)程,但是這些方法缺乏精確度,并且這些基于傳統(tǒng)連續(xù)性理論的方法,需要求解復(fù)雜的Navier—Stokes方程,需要很大的計(jì)算量和昂貴的模擬代價(jià),特別是,基于傳統(tǒng)方法求解Navier—Stokes方程時(shí)可能會(huì)遇到一些譬如界面斷裂和合并這類(lèi)大拓?fù)渥冃蔚膯?wèn)題,此情形下的數(shù)值計(jì)算將十分困難。因此,為了深入地研究噴墨打印技術(shù),一個(gè)能避免直接求解Navier—Stokes方程和復(fù)雜界面追蹤的更簡(jiǎn)單、更高效的方法是我們迫切需要的。目前,人們提出了基于兩相流的晶格Boltzmann模型,運(yùn)用該模型模擬液滴的噴射行為。晶格Boltzmann方法的算法具有清晰的物理背景、簡(jiǎn)單高效的計(jì)算方法、具有天然的并行性。自應(yīng)用以來(lái),被廣泛地應(yīng)用于泊松流、方腔流、化學(xué)流等方面。本文采用具有大密度比的兩相流晶格Boltzmann模型研究液滴的形成以及其影響因素,研究?jī)?nèi)容主要為:(1)在噴墨打印中,噴嘴內(nèi)壁的潤(rùn)濕性和液滴的表面張力能夠控制液滴的飛行速度,進(jìn)而決定噴墨打印的質(zhì)量。為了分析這兩個(gè)因素對(duì)噴墨打印的影響作用,我們建立了基于大密度比的兩相流晶格Boltzmann模型,通過(guò)與高速、高分辨率攝像機(jī)拍攝到的液滴的形成過(guò)程進(jìn)行對(duì)照,最后的模擬結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果相吻合,由此可以得出我們所用到的具有大密度比的兩相流晶格Boltzmann模型的有效性。由于硅油的屬性與墨水的屬性很相近,所以在本文中我們以硅油為研究對(duì)象,運(yùn)用兩相流晶格Boltzmann方法(Lattice Boltzmann Method,LBM)模擬了噴墨打印中液滴的形成過(guò)程,分析了液滴在初始階段、頸縮階段、斷裂階段、收縮階段時(shí)墨滴的形狀、速度、斷裂時(shí)間的變化規(guī)律。(2)在已有的模擬實(shí)驗(yàn)中,壓電式噴墨打印中的驅(qū)動(dòng)力產(chǎn)生于壓力震蕩所產(chǎn)生的壓力差。在本文的模擬實(shí)驗(yàn)中,為了模擬噴嘴內(nèi)壁的壓力震蕩,我們使用一個(gè)隨時(shí)間變化的驅(qū)動(dòng)力來(lái)推動(dòng)液滴噴射。我們可以調(diào)整驅(qū)動(dòng)力的強(qiáng)度以及正向力、負(fù)向力的持續(xù)時(shí)間來(lái)改變驅(qū)動(dòng)力。經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),在一個(gè)周期內(nèi),正向驅(qū)動(dòng)力的持續(xù)時(shí)間為5μs,反方向驅(qū)動(dòng)力的持續(xù)時(shí)間為3μs,間隙時(shí)間為8μs,可以達(dá)到我們想要的驅(qū)動(dòng)效果。(3)本文主要對(duì)影響液滴形成的兩個(gè)主要物理因素進(jìn)行了一系列的模擬研究,即噴嘴內(nèi)壁的潤(rùn)濕性和液滴的表面張力。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)�擬之前,我們首先模擬研究了接觸角θ和潤(rùn)濕勢(shì)Ω對(duì)應(yīng)的數(shù)量關(guān)系,即潤(rùn)濕勢(shì)Ω隨著接觸角θ的增加而逐漸減小,與此同時(shí),固體壁面的親水性逐漸減弱。這為噴嘴內(nèi)壁潤(rùn)濕性的研究提供了理論指導(dǎo)。然后模擬研究噴嘴內(nèi)壁的潤(rùn)濕性和液滴的表面張力對(duì)噴墨中液滴的形成與飛行過(guò)程的影響,我們發(fā)現(xiàn):隨著接觸角的減小,液滴的斷裂時(shí)間縮短,飛行速度增加。隨著液滴表面張力系數(shù)增大,液滴的斷裂時(shí)間縮短,飛行速度增加。因此親水性的內(nèi)壁和較高表面張力是最優(yōu)化設(shè)計(jì)。從模擬研究的結(jié)果中,我們可以得出,本文的基于兩相流的晶格Boltzmann方法對(duì)于模擬液滴的形成具有很好的實(shí)用性。通過(guò)對(duì)液滴形成過(guò)程的模擬分析,可以使我們對(duì)液滴形成原理有更深刻的理解,對(duì)于改進(jìn)噴墨打印的質(zhì)量具有很強(qiáng)的指導(dǎo)意義。
[Abstract]:In this paper , it is very urgent to study the formation process of droplet by using the method of numerical simulation . So , in order to study the influence of the two factors on ink jet printing , it is necessary to solve the problem of droplet formation . In this paper , we simulate the formation process of droplet in ink jet printing by using two - phase flow lattice Boltzmann method ( Lattice Boltzmann Method , LBM ) .
【學(xué)位授予單位】：廣西師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TP334.83

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 聶德明;林建忠;;非球形顆粒布朗運(yùn)動(dòng)的漲落-格子Boltzmann數(shù)值研究[J];計(jì)算物理;2012年01期

2 林宗虎;;多相流體力學(xué)及其工程應(yīng)用[J];自然雜志;2006年04期

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本文編號(hào)：2001269