振动液滴内部流场的CFD模拟和实验研究

发布时间：2018-04-14 04:01

  本文选题：计算流体力学 + 共振微液滴　； 参考：《重庆大学》2015年硕士论文

【摘要】：共振频率下微液滴的振动广泛出现在液液萃取、陶瓷粉末的合成、微重力环境下晶体的生长等各种工程过程中。目前有实验和数值模拟对运动微液滴的内部流动进行了广泛研究,但在液滴受驱动力驱动开始运动前,液滴接触线附近产生的接触力在液滴移动之前会平衡驱动力,当液滴没有克服该接触力时,液滴接触线不会移动,目前关于微液滴在接触线固体状态下的内部流动规律很少有文献报道,因而了解接触线固定的共振微液滴内部流动具有重要的理论和应用价值。本文以VOF-CSF模型为基础,使用Fluent CFD软件模拟了微液滴在不同共振频率下液滴内部速度场,并通过实验确认了模拟结果的正确性,主要完成工作总结如下:建立了共振微液滴的CFD模型,根据微液滴在振动过程中的计算精度和计算时间对求解网格进行了合理划分,设置了相应的边界条件,以VOF-CSF模型为基础建立了微液滴在振动过程中的控制方程,实现了微液滴在在振动条件下内部速度场的数值模拟,通过与本文实验观察共振微液滴内部流动规律的实验结果相比较,确证了模拟结果的正确性。研究了微液滴在第一、二、三共振频率下内部流动规律,从侧面和正面观察微液滴的相图、内部总压力图和液滴速度场,并画出微液滴不同时刻的内部流线。得出的结论有:在不同振动频率下液滴顶部首先都会向下运动,液滴恢复形状后发生左右摆动,随着共振频率的增大,液滴的摆动幅度和变形也越来越大,且液滴在振动过程中,最左端、最右端和顶部会出现压力最大值区域。液滴在第一共振频率时,侧面和正面流动规律相一致,液滴左右两边形成一大一小两个流动回路,同时在接触线附近出现两个较小流动回路;在第二共振频率时,侧面相变较大,受拉普拉斯力影响,顶部两边形成的一大一小两个流动回路随振动时间延长而逐渐消失,接触线附近的两个流动回路增大,正面内部流动规律和第一共振频率内部流动一致;第三共振频率时,液滴侧面摆动幅度和相变更加剧烈,液滴上部流动变得无规律,但在左右两边接触线附近形成最大流动回路,液滴正面流动规律变化不大,左右两边各形成一个较大流动回路,接触线附近仍保持两个较小流动回路。对三个共振频率下微液滴内部流动总结分析发现,液滴内部的不规律流动导致液滴发生形变,不规律流动越强,液滴形变越大,从而导致液滴在疏水梯度表面快速运动;当液滴内部的流动左右对称有规律时,则液滴不会发生形变。液滴在不受拉普拉斯力作用下,不同共振频率下液滴内部流动规律是相同的,即液滴在振动开始时,水平直径最左边和最右边两端的流体往液滴内部沿水平方向流动,最顶端流体往下流动,最左端和最右端的流体往内部流动,并在左右两边接触线附近出现两个回路,液滴的主体流动是流体由中间向下流然后由边缘向上流动,形成两个较强的向上流动回路,在中间流体向上流动过程中,会有流体向下流动形成两个较小的向下流动的回路。搭建观察微液滴在水平振动下内部流动规律的自组装试验台,通过荧光CCD相机从侧面拍摄液滴在第二共振频率下内部罗丹明B荧光粒子的流动轨迹,发现液滴在水平第二共振频率下振动时,液滴顶部荧光粒子由中间向下流动然后由边缘向上流动,形成两个较强的向上流动回路。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ021.1

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