无重力下油颗粒在纤维表面的形貌特征分析

发布时间：2021-11-12 01:06

　　考虑到液滴在纤维上的附着形态是滤网运行压降的重要影响因素,为探究油颗粒在纤维上的附着形貌,采用数学模型和数值模拟方法,对液滴附着形貌的几何特征参数进行预测计算.基于平面弯曲思路提出了蛤壳状数学模型,并采用有限元软件对蛤壳状数学模型和现有的梭状数学模型的精度进行验证.通过有限元软件和数学模型计算获得蛤壳状和梭状2种附着形貌的分界以及无量纲液滴体积和接触角对附着形貌几何特征的影响.结果表明,随着接触角的增加,液滴在一定直径的纤维上形成梭状所需的体积呈指数增加;在接触角θ>10°和无量纲液滴体积不大于3时,蛤壳状数学模型的计算误差小于10%;接触角减小时润湿长度和自由表面增加,纤维和油颗粒的碰撞和接触几率增加;无量纲体积越小的液滴演变成液桥或液膜的几率越小. 

【文章来源】：东南大学学报(自然科学版). 2020,50(03)北大核心EICSCD

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

液滴在纤维上的2种附着形貌的几何图示

V 1 3 x f =0.249+1.113e 0.02328θ (14)通过式(14),可以快速判断不同粒径的油颗粒被某一直径的纤维拦截后在纤维上的附着形貌,再根据数学模型,计算形貌的几何特征参数.

首先,根据3.1节的计算结果,对梭状区域中不同接触角下无量纲液滴体积V1/3/xf=5的液滴轮廓无量纲特征参数和不同无量纲液滴体积V1/3/xf下接触角θ=20°的液滴轮廓无量纲特征参数的计算值和模拟值进行对比,如图3所示.图中,H/xf为无量纲液滴高度,Lw/xf为无量纲液滴润湿长度.利用在纤维上的模拟结果来验证梭状模型的准确性.从图3(a)可以看出,在不同接触角下的相同体积液滴的数值模拟和模型计算所得到的轮廓特征参数(高度H和润湿长度Lw)十分吻合;高度H的模拟值和计算值在不同接触角时的最大误差趋近于6%,而润湿长度Lw的最大误差趋近于4%.另外从图3(b)中也可以看出,当接触角固定时,不同体积的液滴在纤维上的轮廓特征参数的模拟值和计算值同样接近;其高度H在不同液滴体积时的最大误差趋近于1.1%,而润湿长度Lw的最大误差则仅为3.5%.从对比结果来看,梭状数学模型的理论计算值和SE软件模拟值吻合情况很好,说明该梭状模型能较好地预测和描述液滴在纤维上形成的梭状形貌及其轮廓特征参数.3.2.2 蛤壳状


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