液滴撞击碳纳米管阵列表面动态特性的实验与数值模拟研究
发布时间：2023-03-31 22:35
液滴撞击表面现象在工业生产、农药喷洒、生物医学和航空航天等领域普遍存在,碰撞过程中液滴的铺展、反弹或破碎等行为特征和规律,对实际应用具有重要指导意义。本文首先通过等离子处理技术获得了具有不同亲疏水性的碳纳米管(CNT)阵列表面,并对其进行液滴撞击实验,获得了改变纳米形貌表面润湿条件对液滴撞击行为的影响规律和基本特征。同时,借助COMSOL Multiphysics软件对液滴撞击光滑固体表面的动态变化过程特征进行了数值模拟研究,在对实验和模拟结果比较研究基础上提出了一种新型混合动态接触角模型,对一些相关研究具有一定指导意义。主要工作和结论如下:(1)借助高速摄影装置,系统研究了不同韦伯数(We)情况下液滴撞击超疏水CNT阵列表面(静态接触角155°)的动态演化特征。We从0.3增大到416.7的过程中,液滴依次表现出粘附、完整反弹、断裂反弹、破碎等不同的变化特征。根据We范围对液滴动态演化过程进行分类,为预测超疏水条件下液滴撞击的行为特征提供了参考。在We=1.4-109.6的范围内,液滴反弹过程中未观察到破碎现象,此时液滴与壁面的接触时间(tc)和速度无关,但与液...
【文章页数】：96 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
主要符号表
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 液滴撞击表面的实验研究进展
1.2.1 亲疏水表面研究进展
1.2.2 液滴撞击实验研究进展
1.3 液滴撞击表面的数值模拟研究进展
1.3.1 相关理论研究进展
1.3.2 数值模拟研究进展
1.4 本文研究内容与方法
第二章 液滴撞击超疏水碳纳米管阵列表面实验研究
2.1 碳纳米管阵列制备与测试系统
2.1.1 碳纳米管阵列制备与表征
2.1.2 实验测试系统
2.2 液滴撞击超疏水碳纳米管阵列表面的动态行为
2.3 铺展因子
2.3.1 铺展因子随时间的变化
2.3.2 最大铺展因子和韦伯数的关系
2.4 碰撞接触时间
2.4.1 韦伯数的影响
2.4.2 液滴直径的影响
2.5 本章小结
第三章 液滴撞击不同润湿性碳纳米管阵列表面的实验研究
3.1 碳纳米管阵列表面亲疏水改性处理
3.1.1 等离子表面处理技术
3.1.2 静态接触角对比
3.2 液滴撞击碳纳米管阵列的可视化实验
3.2.1 We=1.4时液滴撞击CNT阵列表面的动态行为
3.2.2 We=6.6时液滴撞击CNT阵列表面的动态行为
3.2.3 We=33.2时液滴撞击CNT阵列表面的动态行为
3.2.4 We=110时液滴撞击CNT阵列表面的动态行为
3.2.5 We=298时液滴撞击CNT阵列表面的动态行为
3.3 液滴撞击碳纳米管阵列的特征现象分布图及分析
3.4 液滴撞击不同润湿性碳纳米管阵列的结果与分析
3.4.1 铺展因子
3.4.2 动态接触角
3.5 本章小结
第四章 液滴撞击超疏水表面的数值模拟
4.1 模型建立
4.2 接触角模型
4.2.1 静态接触角模型
4.2.2 分段接触角模型
4.2.3 Kistler接触角模型
4.2.4 Blake接触角模型
4.3 边界条件设置和网格无关性检查
4.4 模拟和实验结果比较
4.4.1 液滴铺展因子
4.4.2 液滴顶点高度
4.5 混合动态接触角模型
4.5.1 混合模型方程
4.5.2 混合模型的验证
4.6 本章小结
第五章 液滴撞击不同润湿性表面的数值模拟
5.1 不同润湿条件下几何模型的调整
5.2 液滴撞击壁面的数值模拟动态特性分析
5.2.1 We=1.4时液滴撞击动态过程
5.2.2 We=6.6时液滴撞击动态过程
5.2.3 We=33.2时液滴撞击动态过程
5.3 液滴撞击不同润湿表面的模拟结果与分析
5.3.1 铺展因子
5.3.2 动态接触角
5.4 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 对今后工作的展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间取得的研究成果
本文编号：3775921
【文章页数】：96 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
主要符号表
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 液滴撞击表面的实验研究进展
1.2.1 亲疏水表面研究进展
1.2.2 液滴撞击实验研究进展
1.3 液滴撞击表面的数值模拟研究进展
1.3.1 相关理论研究进展
1.3.2 数值模拟研究进展
1.4 本文研究内容与方法
第二章 液滴撞击超疏水碳纳米管阵列表面实验研究
2.1 碳纳米管阵列制备与测试系统
2.1.1 碳纳米管阵列制备与表征
2.1.2 实验测试系统
2.2 液滴撞击超疏水碳纳米管阵列表面的动态行为
2.3 铺展因子
2.3.1 铺展因子随时间的变化
2.3.2 最大铺展因子和韦伯数的关系
2.4 碰撞接触时间
2.4.1 韦伯数的影响
2.4.2 液滴直径的影响
2.5 本章小结
第三章 液滴撞击不同润湿性碳纳米管阵列表面的实验研究
3.1 碳纳米管阵列表面亲疏水改性处理
3.1.1 等离子表面处理技术
3.1.2 静态接触角对比
3.2 液滴撞击碳纳米管阵列的可视化实验
3.2.1 We=1.4时液滴撞击CNT阵列表面的动态行为
3.2.2 We=6.6时液滴撞击CNT阵列表面的动态行为
3.2.3 We=33.2时液滴撞击CNT阵列表面的动态行为
3.2.4 We=110时液滴撞击CNT阵列表面的动态行为
3.2.5 We=298时液滴撞击CNT阵列表面的动态行为
3.3 液滴撞击碳纳米管阵列的特征现象分布图及分析
3.4 液滴撞击不同润湿性碳纳米管阵列的结果与分析
3.4.1 铺展因子
3.4.2 动态接触角
3.5 本章小结
第四章 液滴撞击超疏水表面的数值模拟
4.1 模型建立
4.2 接触角模型
4.2.1 静态接触角模型
4.2.2 分段接触角模型
4.2.3 Kistler接触角模型
4.2.4 Blake接触角模型
4.3 边界条件设置和网格无关性检查
4.4 模拟和实验结果比较
4.4.1 液滴铺展因子
4.4.2 液滴顶点高度
4.5 混合动态接触角模型
4.5.1 混合模型方程
4.5.2 混合模型的验证
4.6 本章小结
第五章 液滴撞击不同润湿性表面的数值模拟
5.1 不同润湿条件下几何模型的调整
5.2 液滴撞击壁面的数值模拟动态特性分析
5.2.1 We=1.4时液滴撞击动态过程
5.2.2 We=6.6时液滴撞击动态过程
5.2.3 We=33.2时液滴撞击动态过程
5.3 液滴撞击不同润湿表面的模拟结果与分析
5.3.1 铺展因子
5.3.2 动态接触角
5.4 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 对今后工作的展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间取得的研究成果
本文编号：3775921
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxuehuagong/3775921.html
教材专著
