剪切流场中单液滴变形与破裂的耗散粒子动力学模拟及可视化

发布时间：2021-09-12 10:06

　　液滴在外加流场中的变形、破裂以及聚并是研究过程工业中广泛存在的液液不互溶体系的液滴尺寸及其分布的基础。目前对于单液滴在惯性力可忽略的简单流场中的变形与破裂已经有了较为充分的认识,而表面活性剂和惯性力对液滴行为的影响有待进一步研究。本文采用耗散粒子动力学方法,研究了表面活性剂和惯性力影响下的单液滴的变形、破裂与聚并。对于中等雷诺数（1～16）下剪切流场中单液滴的变形,在不同表面活性剂添加量和流场强度下,考察了液滴的倾斜角、变形度以及表面活性剂在相界面的分布状况,得到了无表面活性剂液滴的变形度与毛细数和韦伯数的拟合关联式;通过分别模拟油包水和水包油两种体系,发现当液滴尺寸与表面活性剂特征尺寸相近时,在相同的外加流场和表面活性剂添加量下,油包水体系中表面活性剂在相界面的分布更不均匀,液滴倾斜角更小,变形度更大。在液滴变形模拟的基础上,考察了不同表面活性剂添加量下液滴破裂的临界条件,发现随着表面活性剂添加量的增大,液滴破裂的临界毛细数和临界雷诺数均减小,而破裂前的最大变形度基本不变;对相同尺寸的两个液滴的对心碰撞进行了初步模拟,考察了油包水和水包油体系中不同表面活性剂添加量和表面活性剂极性端亲... 

【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院过程工程研究所)北京市

【文章页数】：86 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１．１?Ｔａｌｏｒ用于实现拉伸流场和剪切流场的装置（Ｔａｌｏｒ，?１９３４）??

图１．２不同粘度比和毛细数下液滴的破裂类型相图（Ｚｈａｏ，?２００７）??Ｆｉｇｕｒｅ?１．２?Ｄｒｏｐ?ｂｒｅａｋｕｐ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ?ａｓ?ａ?ｆｕｎｃｔｉｏｎ?ｏｆ?Ｘ?ａｎｄ?Ｃａ（Ｚｈａｏ，?２００７）．??图１．２所示为Ｚｈａｏ?（２００７）给出的不同粘度比和毛细数下液滴的破裂类型相??图。在２?＜ｉｃ?＝?３．５的范围内，当，液滴的破裂类型为Ｅｎｄ?Ｐｉｎｃｈｉｎｇ，??６??

两端分离出成对的子液滴，分离的过程中还会产生一些更小的液滴。这样的分离??过程随着母液滴初始尺寸的增大而增多，当Ｃａ＞１．５０ｉｃ时会重复四到五次。图??１．３和图１．４分别为不同Ｃａ时Ｅｎｄ?Ｐｉｎｇｈｉｎｇ类型的两种典型的破裂状况（Ｔｏｒｚａ??ｅｔ?ａｌ”?１９７２，Ｃｒｉｓｔｉｎｉ?ｅｔ?ａｌ”?２００３?）〇??ｒ?—＾?、一＾?＾?＾一＾．＇一??‘一一一??１?＾?Ａ?二?＾??：：?—二?—：．??Ａ?＊３‘参??图１．３?山，不同粘度比下液滴的破裂（Ｔｏｒｚａｅｔａｌ．，?１９７２）??Ｆｉｇｕｒｅ?１．３?Ｄｒｏｐｌｅｔ?ｂｒｅａｋｕｐ?ａｔ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?Ｃａ＾Ｃ＾ｃ（Ｔｏｒｚａ?ｅｔ?ａｌ．，?１９７２）．??７??

【参考文献】：
博士论文
[1]GPU加速耗散粒子动力学模拟软件及其在重质油介观模拟中的应用[D]. 王思博.中国科学院研究生院(过程工程研究所) 2015



本文编号：3394033