单颗粒在规则超疏水表面上的沉积研究
发布时间：2021-08-16 11:20
超疏水表面由于其自身具备较低的表面能因而被应用于自清洁领域,而其中部分表面为规则结构.为探究颗粒在规则超疏水表面上的沉积与黏附情况,本研究采用LBM-DPM对颗粒沉降与碰撞过程进行计算与研究。针对颗粒与壁面的碰撞过程,采用JKR模型对颗粒在碰撞过程中的运动状态进行分析.结果显示颗粒的粒径、弹性模量、壁面表面能等对于颗粒碰撞过程运动状态变化有着很大影响.
【文章来源】：工程热物理学报. 2020,41(10)北大核心EICSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
图５中可以看出，对于粒径较大的颗粒??而言，其反弹的速度较之小颗粒更大，因为其反弹??高度越高，越难以黏附在固体表面
颗粒沉积与否。利用实验与数值模拟??相结合的方式，揭示颗粒与超疏水表面碰撞的机理，??旨在减少灰尘沉积、防止壁面污染，为自清洁领域??的相关研究提供一定指导与参考。??１材料制备??在实验过程中，首先制备出具有规则结构的超??疏水表面．采用激光雕刻机对普通玻璃表面进行雕??刻，从而使得表面形成一定的规则间隙结构。随后，??将低表面能溶液（硅溶胶）均匀涂抹于已雕刻的表面??上，在室温下晾干即可得到规则结构的超疏水表面。??撞过程中的沉积和反弹问题。在研究问题中，模拟??工况如图１所示，颗粒随气流以某一初始速度进入??系统中，随后在空气拖曳力以及重力作用下运动状??态发生改变，与下方的规则超疏水表面碰撞，利用颗??粒的位置判断出颗粒能否沉积在超疏水表面上。通??过改变颗粒自身参数如粒径、弹性模量等以及改变??下方壁面的表面能，判断颗粒的反弹与黏附条件，并??就颗粒在运动过程中的碰撞次数进行研究。在运动??过程中颗粒自身的速度、位置也将被揭示。??图１模拟工况示意图??Ｆｉｇ．?１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ?ｃａｓｅ??２．２模拟方法??在气固两相流数值模拟中，选择计算方法为格??子波尔茨曼法。格子波尔茨曼法是一种常见的用于??计算介观尺度流体流动的数值模拟方法，由于其物??理意义清晰，边界处理简单，天然的并行性等优点，??因而具有良好的应用前景。在格子波尔茨曼方法中，??流体的运动由一组粒子分布函数来表示，密度分布??函数的演化方程定义：??ｆｉ（ｘ?＋?ｅｉｄｔ，ｔ?＋?Ｓｔ）?－?ｆｉ（ｘ，ｔ）＝??￣－［ｆｉ（ｘ，ｔ）?－?ｆｆｑ｛ｘ，ｔ）］??Ｔ?
?１２０?１４０??ｔ／ｍｓ??（ｂ）弹性模量＝５０?ＭＰａ，高度变化??０?２０?４０?６０?８０?１００?１２０??／／ｍｓ??（ｂ）粒杼＝２００?ｕｍ．敁度变化??￡?０．００??－０．０５??－０．１０??０?２０?４０?６０?８０?１００?１２０?１４０??／／ｍｓ??（ａ）弹性模量＝５０?ＭＰａ，速度变化??０．８??０．７??０．０５??－０．１０??０?５?１０?１５?２０?２５??／／ｍｓ??（ｃｉ）表而能＝１．０?Ｊ／ｍ２，速度变化??图４不同表而能下颗粒运动的高度与竖直方向速度??Ｆｉｇ．?４?Ｔｈｅ?ｐａｒｔｉｃｌｅ?ｈｅｉｇｈｔ?ａｎｄ?ｖｅｒｔｉｃａｌ?ｖｅｌｏｃｉｔｙ?ｗｉｔｈ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ??ｓｕｒｆａｃｅ?ｅｎｅｒｇｙ?ｄｕｒｉｎｇ?ｔｈｅ?ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ?ｐｒｏｃｅｓｓ??０．３??０．２??０?２０?４０?６０?８０?１００??ｔ／ｍｓ??（ｄ）粒径＝?３００?ｐｍ，髙度变化??丨冬１?５不同粒径下颗粒运动的高度与竖直方向速度??Ｆｉｇ．?５?Ｔｈｅ?ｐａｒｔｉｃｌｅ?ｈｅｉｇｈｔ?ａｎｄ?ｖｅｒｔｉｃａｌ?ｖｅｌｏｃｉｔｙ?ｗｉｔｈ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ??ｄｉａｍｅｔｅｒｓ?ｄｕｒｉｎｇ?ｔｈｅ?ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ?ｐｒｏｃｅｓｓ??０?５?０??１?ｏ?ｏ．??０．０．０．??（ｓ／ｕｏ／４??０?５?０??．１．０．０??０．０．０．??（ｓ／ｓ？??
【参考文献】：
期刊论文
[1]太阳能电池板表面自清洁技术的研究进展[J]. 范迪飞,董兵海,王世敏,赵丽,万丽,许祖勋,吴亚丹. 材料导报. 2015(19)
本文编号：3345576
【文章来源】：工程热物理学报. 2020,41(10)北大核心EICSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
图５中可以看出，对于粒径较大的颗粒??而言，其反弹的速度较之小颗粒更大，因为其反弹??高度越高，越难以黏附在固体表面
颗粒沉积与否。利用实验与数值模拟??相结合的方式，揭示颗粒与超疏水表面碰撞的机理，??旨在减少灰尘沉积、防止壁面污染，为自清洁领域??的相关研究提供一定指导与参考。??１材料制备??在实验过程中，首先制备出具有规则结构的超??疏水表面．采用激光雕刻机对普通玻璃表面进行雕??刻，从而使得表面形成一定的规则间隙结构。随后，??将低表面能溶液（硅溶胶）均匀涂抹于已雕刻的表面??上，在室温下晾干即可得到规则结构的超疏水表面。??撞过程中的沉积和反弹问题。在研究问题中，模拟??工况如图１所示，颗粒随气流以某一初始速度进入??系统中，随后在空气拖曳力以及重力作用下运动状??态发生改变，与下方的规则超疏水表面碰撞，利用颗??粒的位置判断出颗粒能否沉积在超疏水表面上。通??过改变颗粒自身参数如粒径、弹性模量等以及改变??下方壁面的表面能，判断颗粒的反弹与黏附条件，并??就颗粒在运动过程中的碰撞次数进行研究。在运动??过程中颗粒自身的速度、位置也将被揭示。??图１模拟工况示意图??Ｆｉｇ．?１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ?ｃａｓｅ??２．２模拟方法??在气固两相流数值模拟中，选择计算方法为格??子波尔茨曼法。格子波尔茨曼法是一种常见的用于??计算介观尺度流体流动的数值模拟方法，由于其物??理意义清晰，边界处理简单，天然的并行性等优点，??因而具有良好的应用前景。在格子波尔茨曼方法中，??流体的运动由一组粒子分布函数来表示，密度分布??函数的演化方程定义：??ｆｉ（ｘ?＋?ｅｉｄｔ，ｔ?＋?Ｓｔ）?－?ｆｉ（ｘ，ｔ）＝??￣－［ｆｉ（ｘ，ｔ）?－?ｆｆｑ｛ｘ，ｔ）］??Ｔ?
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【参考文献】：
期刊论文
[1]太阳能电池板表面自清洁技术的研究进展[J]. 范迪飞,董兵海,王世敏,赵丽,万丽,许祖勋,吴亚丹. 材料导报. 2015(19)
本文编号：3345576
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