液滴撞擊液膜及固壁的多相耦合問題研究
發(fā)布時(shí)間：2020-12-07 06:23
現(xiàn)有液滴撞擊的多相流問題多局限于液滴垂直下落的情況,往往忽略重力作用。而本文中,二維單（雙）液滴初始放置于液膜或固壁面之上,給定初始水平速度受重力作用下落。為了求解該問題,本文選用了一種混合相場格子玻爾茲曼法。該方法中,使用格子玻爾茲曼法來求解流場,通過直接求解Cahn-Hilliard方程來追蹤多相流的交界面。固定液滴與周圍流體的密度比和粘度比（μ*）,探究了韋伯?dāng)?shù)（We）、邦德數(shù)（Bo）和撞擊基質(zhì)特性（無量綱液膜厚度H*及接觸角滯后范圍θR≤θ≤θA）對液滴撞擊的影響。由單液滴撞擊液膜所得結(jié)果可知,當(dāng)We增大,能夠產(chǎn)生更高的右側(cè)濺起,但其對左側(cè)濺起具有相反的影響。低Bo將會(huì)導(dǎo)致較小的濺起結(jié)構(gòu)。并存在臨界值H*,當(dāng)液膜厚度小于該值,右側(cè)濺起高度將會(huì)隨著H*的增加而增大,否則其將會(huì)隨著H*的增加而降低。分析單液滴撞擊固壁的現(xiàn)象發(fā)現(xiàn),We的增加將增大液滴最大拉伸長度,但對液滴最終形態(tài)的影響不大。而液滴的穩(wěn)定鋪展長度隨Bo增加,相應(yīng)左右側(cè)...
【文章來源】：南京航空航天大學(xué)江蘇省 211工程院校
【文章頁數(shù)】：79 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
當(dāng)(a)牛奶液滴撞擊壁面時(shí)和(b)水銀液滴撞擊壁面時(shí)的現(xiàn)象
4 液滴撞擊的數(shù)值模擬研究對于液滴撞擊液膜和固壁面的多相耦合問題，國內(nèi)外眾多學(xué)者也進(jìn)行了大量數(shù)值研究擊液膜方面，Ge 和 Fan[36]選用了 Level set 法分析了液滴撞擊熱平臺(tái)表面時(shí)的水動(dòng)力學(xué)。與滲透撞擊相比，冷卻撞擊產(chǎn)生一個(gè)更薄蒸汽液膜和具有更高的熱交換率。Tasogl前波追蹤法模擬了混合液滴的撞擊。他們證明內(nèi)部液滴的形變隨著雷諾數(shù)、內(nèi)部液滴滴的直徑比和空氣與液滴的表面張力率的增加而增大。梁剛濤等[38]使用 CLSVOF 方法同粘性及表面張力的液滴撞擊液膜的濺起現(xiàn)象。由仿真結(jié)果可知，液滴濺起結(jié)構(gòu)的形張力的關(guān)系較緊密，受粘性的影響卻較小。隨后，其又使用相同方法[7]對液滴撞擊濕面及球面的動(dòng)態(tài)過程進(jìn)行數(shù)值模擬。探究了反彈臨界韋伯?dāng)?shù)隨曲率比的變化情況，并應(yīng)的理論經(jīng)驗(yàn)公式。Raman 等[39]探究了液面速度對于兩個(gè)相同液滴并肩撞擊液膜動(dòng)態(tài)響，如圖 1.2 所示，在液滴連續(xù)下落的情況下產(chǎn)生了非對稱噴射形變。另外，Li 等[種簡單的模型來減少密度比為 1000 的高密度比情況下傳統(tǒng)二相格子玻爾茲曼模型的并詳細(xì)地進(jìn)行了給定下落速度情況下，兩個(gè)相同或不同尺寸同時(shí)或連續(xù)撞擊液膜的液他們發(fā)現(xiàn)這也改變了最終王冠結(jié)構(gòu)的對稱性，但兩種情況的濺起形態(tài)差距較大。
圖 1.3 不同撞擊角度及速度值下液滴撞擊液膜的濺起圖滴撞擊固壁面的研究主要包含對液滴撞擊親水或疏水壁面的動(dòng)態(tài)特性分析。由實(shí)滴撞擊親水表面往往出現(xiàn)沉積現(xiàn)象，而撞擊疏水壁面則會(huì)出現(xiàn)反彈、飛濺等現(xiàn)象，Ding 等[41]分析了分離界面模型在高粘度和高密度差情況下的可適用性，并將leigh-Taylor 不穩(wěn)定性的數(shù)值結(jié)果與以往數(shù)據(jù)進(jìn)行對比。權(quán)生林等[42]使用格子玻爾固壁、撞擊速度、韋伯?dāng)?shù)及粘性對液滴撞擊形態(tài)的影響。并總結(jié)出液滴的回縮速、表面張力呈正相關(guān)關(guān)系，與液滴與固壁直接的相互作用力呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。Ba邊界元法來研究液滴撞擊到固體干燥平臺(tái)的物理現(xiàn)象。通過替換氣體來減小空氣形變（其總是在任何液體的不穩(wěn)定性、指化和濺起之前）具有重要貢獻(xiàn)。梁超[4壁面時(shí)空氣的卷吸現(xiàn)象進(jìn)行探究。結(jié)果顯示在液滴撞擊和回縮過程中，液滴底部表面出現(xiàn)凹陷，而凹陷部位容易出現(xiàn)卷吸現(xiàn)象。n 等[45]采用色相法分析液滴在不均勻表面上的行為。總結(jié)出接觸角和親水性的需時(shí)間，反之則降低了液滴分裂的時(shí)間，但其對液滴是否分裂不起決定性作用。擬仿真了液滴投擲撞擊不同物性固壁面的過程。研究了不同水平初速度的液滴固壁面時(shí)的平鋪現(xiàn)象。Guo 等[46]模擬了液滴在干燥或濕潤表面的沉積、反彈及濺
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]液滴撞擊液膜的射流與水花形成機(jī)理分析[J]. 梁剛濤,郭亞麗,沈勝強(qiáng). 物理學(xué)報(bào). 2013(02)
[2]基于五階WENO有限差分法的運(yùn)動(dòng)界面追蹤[J]. 盧長娜,程冰. 南京信息工程大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2010(04)
[3]水滴撞擊固體表面實(shí)驗(yàn)研究[J]. 權(quán)生林,李維仲,朱衛(wèi)英. 大連理工大學(xué)學(xué)報(bào). 2009(06)
[4]用格子Boltzmann方法模擬液滴撞擊固壁動(dòng)力學(xué)行為[J]. 權(quán)生林,李爽,李維仲,宋永臣. 計(jì)算力學(xué)學(xué)報(bào). 2009(05)
[5]計(jì)算流體力學(xué)中的高精度數(shù)值方法回顧(英文)[J]. 成娟,舒其望. 計(jì)算物理. 2009(05)
[6]粗糙表面接觸角滯后現(xiàn)象分析[J]. 王曉東,彭曉峰,陸建峰,劉濤,王補(bǔ)宣. 熱科學(xué)與技術(shù). 2003(03)
博士論文
[1]液滴撞擊液膜的動(dòng)力學(xué)特性研究[D]. 梁剛濤.大連理工大學(xué) 2014
[2]液滴撞擊彎曲壁面的動(dòng)力學(xué)過程研究[D]. 畢菲菲.大連理工大學(xué) 2015
碩士論文
[1]微小液滴撞擊固體壁面及薄液膜動(dòng)態(tài)特性的數(shù)值研究[D]. 梁超.重慶大學(xué) 2013
[2]基于SPH方法的液滴撞擊固壁過程的數(shù)值模擬研究[D]. 李玲玲.天津大學(xué) 2012
本文編號(hào)：2902797
【文章來源】：南京航空航天大學(xué)江蘇省 211工程院校
【文章頁數(shù)】：79 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
當(dāng)(a)牛奶液滴撞擊壁面時(shí)和(b)水銀液滴撞擊壁面時(shí)的現(xiàn)象
4 液滴撞擊的數(shù)值模擬研究對于液滴撞擊液膜和固壁面的多相耦合問題，國內(nèi)外眾多學(xué)者也進(jìn)行了大量數(shù)值研究擊液膜方面，Ge 和 Fan[36]選用了 Level set 法分析了液滴撞擊熱平臺(tái)表面時(shí)的水動(dòng)力學(xué)。與滲透撞擊相比，冷卻撞擊產(chǎn)生一個(gè)更薄蒸汽液膜和具有更高的熱交換率。Tasogl前波追蹤法模擬了混合液滴的撞擊。他們證明內(nèi)部液滴的形變隨著雷諾數(shù)、內(nèi)部液滴滴的直徑比和空氣與液滴的表面張力率的增加而增大。梁剛濤等[38]使用 CLSVOF 方法同粘性及表面張力的液滴撞擊液膜的濺起現(xiàn)象。由仿真結(jié)果可知，液滴濺起結(jié)構(gòu)的形張力的關(guān)系較緊密，受粘性的影響卻較小。隨后，其又使用相同方法[7]對液滴撞擊濕面及球面的動(dòng)態(tài)過程進(jìn)行數(shù)值模擬。探究了反彈臨界韋伯?dāng)?shù)隨曲率比的變化情況，并應(yīng)的理論經(jīng)驗(yàn)公式。Raman 等[39]探究了液面速度對于兩個(gè)相同液滴并肩撞擊液膜動(dòng)態(tài)響，如圖 1.2 所示，在液滴連續(xù)下落的情況下產(chǎn)生了非對稱噴射形變。另外，Li 等[種簡單的模型來減少密度比為 1000 的高密度比情況下傳統(tǒng)二相格子玻爾茲曼模型的并詳細(xì)地進(jìn)行了給定下落速度情況下，兩個(gè)相同或不同尺寸同時(shí)或連續(xù)撞擊液膜的液他們發(fā)現(xiàn)這也改變了最終王冠結(jié)構(gòu)的對稱性，但兩種情況的濺起形態(tài)差距較大。
圖 1.3 不同撞擊角度及速度值下液滴撞擊液膜的濺起圖滴撞擊固壁面的研究主要包含對液滴撞擊親水或疏水壁面的動(dòng)態(tài)特性分析。由實(shí)滴撞擊親水表面往往出現(xiàn)沉積現(xiàn)象，而撞擊疏水壁面則會(huì)出現(xiàn)反彈、飛濺等現(xiàn)象，Ding 等[41]分析了分離界面模型在高粘度和高密度差情況下的可適用性，并將leigh-Taylor 不穩(wěn)定性的數(shù)值結(jié)果與以往數(shù)據(jù)進(jìn)行對比。權(quán)生林等[42]使用格子玻爾固壁、撞擊速度、韋伯?dāng)?shù)及粘性對液滴撞擊形態(tài)的影響。并總結(jié)出液滴的回縮速、表面張力呈正相關(guān)關(guān)系，與液滴與固壁直接的相互作用力呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。Ba邊界元法來研究液滴撞擊到固體干燥平臺(tái)的物理現(xiàn)象。通過替換氣體來減小空氣形變（其總是在任何液體的不穩(wěn)定性、指化和濺起之前）具有重要貢獻(xiàn)。梁超[4壁面時(shí)空氣的卷吸現(xiàn)象進(jìn)行探究。結(jié)果顯示在液滴撞擊和回縮過程中，液滴底部表面出現(xiàn)凹陷，而凹陷部位容易出現(xiàn)卷吸現(xiàn)象。n 等[45]采用色相法分析液滴在不均勻表面上的行為。總結(jié)出接觸角和親水性的需時(shí)間，反之則降低了液滴分裂的時(shí)間，但其對液滴是否分裂不起決定性作用。擬仿真了液滴投擲撞擊不同物性固壁面的過程。研究了不同水平初速度的液滴固壁面時(shí)的平鋪現(xiàn)象。Guo 等[46]模擬了液滴在干燥或濕潤表面的沉積、反彈及濺
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]液滴撞擊液膜的射流與水花形成機(jī)理分析[J]. 梁剛濤,郭亞麗,沈勝強(qiáng). 物理學(xué)報(bào). 2013(02)
[2]基于五階WENO有限差分法的運(yùn)動(dòng)界面追蹤[J]. 盧長娜,程冰. 南京信息工程大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2010(04)
[3]水滴撞擊固體表面實(shí)驗(yàn)研究[J]. 權(quán)生林,李維仲,朱衛(wèi)英. 大連理工大學(xué)學(xué)報(bào). 2009(06)
[4]用格子Boltzmann方法模擬液滴撞擊固壁動(dòng)力學(xué)行為[J]. 權(quán)生林,李爽,李維仲,宋永臣. 計(jì)算力學(xué)學(xué)報(bào). 2009(05)
[5]計(jì)算流體力學(xué)中的高精度數(shù)值方法回顧(英文)[J]. 成娟,舒其望. 計(jì)算物理. 2009(05)
[6]粗糙表面接觸角滯后現(xiàn)象分析[J]. 王曉東,彭曉峰,陸建峰,劉濤,王補(bǔ)宣. 熱科學(xué)與技術(shù). 2003(03)
博士論文
[1]液滴撞擊液膜的動(dòng)力學(xué)特性研究[D]. 梁剛濤.大連理工大學(xué) 2014
[2]液滴撞擊彎曲壁面的動(dòng)力學(xué)過程研究[D]. 畢菲菲.大連理工大學(xué) 2015
碩士論文
[1]微小液滴撞擊固體壁面及薄液膜動(dòng)態(tài)特性的數(shù)值研究[D]. 梁超.重慶大學(xué) 2013
[2]基于SPH方法的液滴撞擊固壁過程的數(shù)值模擬研究[D]. 李玲玲.天津大學(xué) 2012
本文編號(hào)：2902797
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