液滴碰撞湿壁面问题的SPH直接数值计算研究：液滴的能量耗散分析

发布时间：2020-04-21 06:13

【摘要】：液滴碰撞湿壁面是自然界和工业中普遍存在的流体流动现象。研究液滴碰撞湿壁面(液膜)后的能量变化对喷墨打印、发动机燃油雾化等都具有非常重要的意义。本文采用光滑粒子流体动力学(SPH)直接数值计算方法对液滴碰撞液膜问题进行研究,将液滴碰撞液膜后液冠高度的计算结果与实验结果进行对比,验证了计算方法的正确性。主要分析了碰撞后液滴的能量耗散过程,并对喷墨打印过程中出现的打印不均匀现象以及喷墨积块现象进行了解释。首先,本文使用SPH直接数值计算方法对液滴碰撞液膜现象进行了仿真计算,并分析了液冠高度的变化,计算结果与实验结果吻合较好,成功地验证了本方法的正确性;接着,分析了液滴碰撞液膜后液滴和液膜的内部压强变化。在碰撞初期,压强是推动液冠形成及生长的主要原因;碰撞之后,较大的压强差主要分布在液膜底部区域。其次,分析了液滴碰撞干壁面和液滴碰撞湿壁面后的内部压强变化、扩展直径变化、轴向动量变化以及动能变化等过程,总结出了液滴碰撞液膜后液滴的能量耗散过程:在液滴碰撞液膜后,液滴的能量首先集中在碰撞的颈部区域;随后动能大部分转化为液滴的压强能,且部分能量传到液膜并转化为液膜的动能和压强能;液滴与液膜之间的压强差使得液滴得以克服液膜表面张力的影响,在液膜上方形成薄射流,随后形成了液冠;液滴碰撞液膜后,部分动能受到液膜粘性耗散力的影响,使得液滴的扩展直径及扩展速率相对较小,同时也使得液滴的轴向动量相对较小。本文模型的计算结果有效的解释了喷墨打印过程中出现的打印不均匀现象以及喷墨积块现象。
【图文】：

液滴碰撞液膜的沉积、液冠的形成和飞溅三种现象

在问题域内部的情况下，因为光滑函数 W ( x 2.8）而言，等号右边的面积积分为 0。根据这所对应的式（2.8）改写成下述形式： x x x x x f ( )f()W(,h)d整个推导过程可以得出以下结论，对函数 f (x)进行微分。即，场函数的数值以及光滑函数的所允许的空间变量的梯度，其并不是由场函数自言，，其使用的是具有独立质量和占据独立空间述的。在符合运动守恒控制方程的前提下，每能等物性参数。可以把 SPH 核近似相关的连续积分表达式转化关的 SPH 文献中，通常把粒子叠加求和的离
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O35

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本文编号：2635457