润湿性表面液滴自弹跳的数值研究
发布时间：2021-01-28 18:39
超疏水材料广泛应用于暖通空调、航空工业、金属防护、纺织轻工业、水利工程等行业,并对各相关部门中产品的开发、使用有重要的影响。研究润湿性表面液滴的自弹跳现象对于冷凝液滴自清洁、强化冷凝传热、防结冰等领域具有十分突出的作用。润湿性表面的液滴弹跳现象发生在很小的尺寸范围,通常在20～200μm之间,而且实验研究很难准确控制液滴的半径、黏度和表面张力等物理参数,因此可以采用数值模拟的方法研究润湿性表面液滴的自弹跳现象。大多数的论文都是研究超疏水表面液滴合并诱导发生弹跳的现象,本文不仅认真地研究不同物理参数对合并液滴发生弹跳的影响,还研究液滴在不同润湿性表面的脱落现象。采用球缺模型能够更好地还原液滴在不同润湿性表面的形态,同时引入润湿性梯度的概念进一步加快液滴从润湿性表面脱落。首先,研究润湿性表面液滴的合并诱导发生向上弹跳的现象并讨论不同的接触角、液滴半径、Bo数（B ond number）、Oh数（Ohnesorge number）、半径比和液滴数量对液滴合并弹跳的影响。研究结果表明润湿性表面的接触角越大则合并液滴越有利于发生向上弹跳,并且疏水表面的液滴合并弹跳发生在一定的尺寸范围,等径液滴的...
【文章来源】：南昌大学江西省 211工程院校
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２超疏水表面的液滴??
?第１章绪论?????ｍｍｍ??左前沿羿面｜?！?ｅ前沿界酣??图１．３润湿性梯度表面的液滴脱落??１．５研究内容??超疏水材料广泛应用于暖通空调、航空工业、金属防护、纺织轻工业、水利??工程等行业，并对各相关部门中产品的开放、使用有重要的影响。液滴在超疏??水表面的合并诱导发生弹跳对于实现冷凝液滴自清洁［１３］、强化冷凝传热［１４“７］、??防结冰［１８－２（）］等过程具有重要意义。因此本文在国家自然科学基金《基于分形原??理的双连续相复合材料成形过程传热传质机理研究》的大力支持下，利用多种??数值模拟方法研宄液滴在不同的半径、黏度和表面张力的情况下在不同接触角??的疏水表面上的液滴弹跳现象和液滴脱落现象，为此本文将进行如下工作：??第１章分别介绍超疏水表面液滴弹跳和润湿性梯度表面液滴脱落的研究背??景、研究现状，并简要叙述本文研究的创新点。??第２章分别陈述有限体积法和格子－玻尔兹曼两种数值模拟方法，简要介绍??流体力学的基本方程、ＳＩＭＰＬＥ算法，简单描述格子－玻尔兹曼的基本模型以及??伪势模型并对两种数值模拟方法的边界处理进行了详细阐述。??第３章对超疏水表面液滴合并弹跳的控制方程加以说明，并建立相应的物理??模型，详细讨论固体表面接触角、邦德数、奥内佐格数、液滴半径、半径比和??液滴数量对合并弹跳现象的影响。??第４章对润湿性梯度表面液滴脱落的控制方程和物理模型加以说明，首先讨??论均质表面对液滴脱落的影响，在此基础上进一步研宄液滴半径、固体表面接??触角和液滴半径比对润湿性梯度表面液滴脱落的影响。??第５章的内容是结论与展望。??９??
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【参考文献】：
期刊论文
[1]超疏水表面在金属防护中应用的研究进展[J]. 蒋帆,赵越,胡吉明. 表面技术. 2020(02)
[2]液滴在润湿梯度表面运动的分子动力学模拟[J]. 许波,陈振乾. 工程热物理学报. 2020(02)
[3]仿生超疏水表面的研究及其在纺织领域的应用[J]. 王婵铭,杨文芳,丰万齐. 纺织科技进展. 2018(11)
[4]基于MD模拟的不同大小液滴合并弹跳的研究[J]. 解芳芳,王晓东. 工程热物理学报. 2018(11)
[5]疏水表面液滴合并弹跳过程的数值模拟[J]. 成赛凤,梁彩华,赵伟,张小松. 化工学报. 2018(S2)
[6]水利工程中新型超疏水材料应用前景展望[J]. 贾致通,戚高晟,金铭,高亚威,郑军威,袁一航. 绿色科技. 2018(08)
[7]超疏水涂层应用于空调换热器的实验研究[J]. 叶向阳,武滔,刘奕燎. 家电科技. 2018(03)
[8]微纳米复合的各向异性结构表面的液滴驱动[J]. 李丹,郑咏梅. 高等学校化学学报. 2018(01)
[9]凸起微结构对超疏水表面液滴弹跳强化机理的研究[J]. 王凯,梁倩卿,姜睿,郑毅,白涛,兰忠,马学虎. 高校化学工程学报. 2017(03)
[10]超疏水表面上多液滴合并触发液滴弹跳现象的理论分析[J]. 褚福强,吴晓敏,朱毅. 工程热物理学报. 2017(02)
本文编号：3005484
【文章来源】：南昌大学江西省 211工程院校
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２超疏水表面的液滴??
?第１章绪论?????ｍｍｍ??左前沿羿面｜?！?ｅ前沿界酣??图１．３润湿性梯度表面的液滴脱落??１．５研究内容??超疏水材料广泛应用于暖通空调、航空工业、金属防护、纺织轻工业、水利??工程等行业，并对各相关部门中产品的开放、使用有重要的影响。液滴在超疏??水表面的合并诱导发生弹跳对于实现冷凝液滴自清洁［１３］、强化冷凝传热［１４“７］、??防结冰［１８－２（）］等过程具有重要意义。因此本文在国家自然科学基金《基于分形原??理的双连续相复合材料成形过程传热传质机理研究》的大力支持下，利用多种??数值模拟方法研宄液滴在不同的半径、黏度和表面张力的情况下在不同接触角??的疏水表面上的液滴弹跳现象和液滴脱落现象，为此本文将进行如下工作：??第１章分别介绍超疏水表面液滴弹跳和润湿性梯度表面液滴脱落的研究背??景、研究现状，并简要叙述本文研究的创新点。??第２章分别陈述有限体积法和格子－玻尔兹曼两种数值模拟方法，简要介绍??流体力学的基本方程、ＳＩＭＰＬＥ算法，简单描述格子－玻尔兹曼的基本模型以及??伪势模型并对两种数值模拟方法的边界处理进行了详细阐述。??第３章对超疏水表面液滴合并弹跳的控制方程加以说明，并建立相应的物理??模型，详细讨论固体表面接触角、邦德数、奥内佐格数、液滴半径、半径比和??液滴数量对合并弹跳现象的影响。??第４章对润湿性梯度表面液滴脱落的控制方程和物理模型加以说明，首先讨??论均质表面对液滴脱落的影响，在此基础上进一步研宄液滴半径、固体表面接??触角和液滴半径比对润湿性梯度表面液滴脱落的影响。??第５章的内容是结论与展望。??９??
?第２章数值模拟方法???Ｉ?Ｉ?Ｉ??Ｉ?Ｉ?Ｉ??７－Ｍ?！?［?Ｉ???！?！?ｉ?＂控制容积??ｙ＋ｉ?１??????Ｊ?：?Ｌ：ｉｉＪ???ｐ?Ｉ??ｊ??ｊ－?－１?－Ｔ???ｊ－ｉ?！?！?ＺｊＺＺｚｒｒ￣￣￣控制容积??Ｉ?Ｉ?Ｉ??Ｉ?Ｉ?Ｉ??ｙ－ｉ?卜——?４???Ｉ?Ｉ?Ｉ??７－２?ｊ?！?ｊ???！?！?！??？?ｉ?？??１－２?Ｍ?／－Ｉ?／?Ｉ?Ｈ－ｌ?／＋１??图２．１?Ｗ、Ｖ、／７控制容积和网格编号??Ｘ方向的动量方程式（２．９）在图２．１所示的ｗ控制容积上进行积分，即??ｒｙ＋ｉ?Ｍ?ｄ（ｐｉｉｕ）?３（＾）＼?．Ｊ＋＼．Ｐ［Ｑｒ?Ｑｕ＼?ＱｔＡ?ｆ?Ｑｐ＼?１??ｉ［－Ｖ＋－ＶｒＨ?Ｊ＋＾ｒ；?（２Ｊ１）??其中压力梯度项即??ｄ?－荽｝＾办＝（￣－办）知?（２＿１２）??定义变量??１??假设压￥、速度??物性参＾计算｜??１??动量离散方程求解｜?｜修正后的压力、速??１?｜度值賦给＾假设值??压力修正方程求解??１??压力修正、速度修正??Ｎ??结束??图２．２?ＳＩＭＰＬＥ算法计算流程??１９７２年的ＳＩＭＰＬＥ算法是一种压力预测－－修正方法即图２．２表示的是??ＳＩＭＰＬＥ算法的计算流程图。??１２??
【参考文献】：
期刊论文
[1]超疏水表面在金属防护中应用的研究进展[J]. 蒋帆,赵越,胡吉明. 表面技术. 2020(02)
[2]液滴在润湿梯度表面运动的分子动力学模拟[J]. 许波,陈振乾. 工程热物理学报. 2020(02)
[3]仿生超疏水表面的研究及其在纺织领域的应用[J]. 王婵铭,杨文芳,丰万齐. 纺织科技进展. 2018(11)
[4]基于MD模拟的不同大小液滴合并弹跳的研究[J]. 解芳芳,王晓东. 工程热物理学报. 2018(11)
[5]疏水表面液滴合并弹跳过程的数值模拟[J]. 成赛凤,梁彩华,赵伟,张小松. 化工学报. 2018(S2)
[6]水利工程中新型超疏水材料应用前景展望[J]. 贾致通,戚高晟,金铭,高亚威,郑军威,袁一航. 绿色科技. 2018(08)
[7]超疏水涂层应用于空调换热器的实验研究[J]. 叶向阳,武滔,刘奕燎. 家电科技. 2018(03)
[8]微纳米复合的各向异性结构表面的液滴驱动[J]. 李丹,郑咏梅. 高等学校化学学报. 2018(01)
[9]凸起微结构对超疏水表面液滴弹跳强化机理的研究[J]. 王凯,梁倩卿,姜睿,郑毅,白涛,兰忠,马学虎. 高校化学工程学报. 2017(03)
[10]超疏水表面上多液滴合并触发液滴弹跳现象的理论分析[J]. 褚福强,吴晓敏,朱毅. 工程热物理学报. 2017(02)
本文编号：3005484
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