含表面活性剂液滴的聚并动力学特性

发布时间：2020-11-06 02:44

　　 节能减排是当前工业技术发展的必然要求,有效提高传热性能是其重要措施之一,珠状凝结已成为极具潜力的强化换热方法,其中液滴聚并过程对换热表面上的凝结液滴运动和换热性能具有显著影响。另外,液滴聚并的快慢和效果也是影响喷墨打印质量和乳化剂聚合质量的重要因素。因此,深入开展液滴聚并特性及其影响因素的研究具有重要的理论意义和实用价值。本文基于润滑理论,建立了含表面活性剂液滴在平整基底、波纹基底和倾斜波纹基底的聚并模型,通过数值模拟得到了液滴聚并过程,分析了活性剂在其中所起作用及内在物理机制,并比较了不同参数对聚并过程的影响。主要内容如下:(1)针对两个相同的含表面活性剂液滴在预置液膜上的铺展聚并行为,基于润滑理论建立了液滴运动演化模型,模拟了液滴在预置液膜上的聚并历程,分析了活性剂在其中所起作用及内在物理机制,探讨了Marangoni效应强弱、液滴初始间距及预置液膜厚度对聚并特征的影响。(2)针对两个相同的含表面活性剂液滴在波纹基底上的聚并过程,通过建立液滴运动演化模型,采用数值方法模拟了液滴在波纹基底波峰上的聚并历程,探讨了液滴初始间距,波数和基底高度对聚并特征的影响。(3)针对两个相同的含表面活性剂液滴在倾斜波纹基底上的聚并特征,模拟了液滴的聚并过程的主要特征,并将数值模拟结果与实验进行了对比,讨论了活性剂和基底不平整性对接触线移动的作用,分析了基底倾斜角度、预置液膜厚度、Bond数对聚并特征的影响。
【学位单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TK124
【部分图文】：

研究表明[33,38]，液滴表面张力对其聚并过程的快慢有显著影响，而表面活性剂可明显降低表面张力[39,40]，因此有理由相信其会在液滴聚并过程中发挥重要作用，甚至是主导作用，但目前此方面研究还较少。由于多数情况下液滴的聚并过程非常迅速，实验中很难仔细观察其具体特征[33]，相较而言，采用数值模拟方法更有助于揭示液滴聚并特征及其内在的流动机理[38]。目前，已有研究表明，表面活性剂将影响液滴的聚并过程，众多的实验研究相继展开，但在 Marangoni 效应影响液滴聚并的内在机理研究方面尚未深入展开，并且众多学者对“液桥”理论各持己见。鉴于以上研究现状，本文旨在借助润滑理论建立双液滴在预置液膜上的聚并模型(预置液膜的引入可避免讨论目前尚无统一结论的“液桥”问题)，模拟液滴在表面活性剂作用下的聚并过程，分析表面活性剂在其中的作用机制及内在物理原因，并探讨 Marangoni 效应、液滴初始间距及预置液膜厚度对聚并特征的影响.2.2 理论模型2.2.1 数学模型

如表 2-1 所示。计算中如无特殊说明，各参数取值如下[44,45]： =0.01、C=0.D=0.1、Γ0=1.0、Pes=100、a=2.0、M=0.1。表 2-1 部分无量纲参数定义及数量级范围无量纲参数 定义 范围毛细力数2 * *mC /S10-4~10-1Marangoni 数* */mM S 0~103Peclet 数* * */s sPe U L D10-2~104程序的初始条件为： 2h( x, 0) (1 D | x a | ) F (1 | x a |) F ( 1 | x a |) D F (| x a | 1 ) F ( 1 | x(2- 0 ( x, 0) F (1 | x a |) F ( 1 | x a|)(2-式中：* *D D /H为预置液膜厚度的无量纲参数；* *a a /L为两液滴间的初始间(见图 2-1)； F ( x) 0.5[1 tanh(100 x)]为海氏阶跃函数。

模拟(a)Γ|(x=0)
【参考文献】

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本文编号：2872552