加热表面上液滴三相接触线的动态特性

发布时间：2020-05-09 19:42

【摘要】：基底材质、壁面温度、润湿性以及流体的性质等因素通过影响液滴的接触角和三相接触线,从而对液滴的动力学特性产生影响。深入研究这些因素对液滴运动影响的内在机理有助于调控液滴运动,进而改进工艺和提高产品质量。本文采用数值模拟的方法,对加热表面上液滴三相接触线的动态特性进行了探讨。首先,基于润滑理论,采用滑移边界条件建立二维液滴厚度的演化模型和移动接触线动力学模型,通过数值模拟研究了均匀加热基底上固着液滴蒸发时的动力学特性,分析蒸发量与液-气、固-气和液-固界面张力温度敏感性对壁面润湿性和液滴动态特性的影响;其次,针对存在水平温度梯度基底上的自润湿流体液滴,模拟计算不考虑蒸发时的液滴热毛细迁移特性,分析液-气界面张力极小值对应温度在壁面上的位置(简称临界点)与液滴所处位置间的相对关系对液滴运动特性的影响;最后,针对均匀加热的倾斜壁面上自润湿流体液滴,模拟计算相同壁面润湿条件下,液-气界面张力与温度正相关、负相关以及呈二次函数关系时液滴的迁移特性,并进一步分析了界面张力与温度呈二次函数关系时,壁面倾斜角度、毛细数、邦德数以及热毛细力对液滴运动特性的影响。研究表明:(1)重力促进液滴的铺展,而毛细力与热毛细力对液滴的铺展起抑制作用;当各个界面张力对温度的敏感性不同时,液滴的演化过程呈现出不同特点,通过改变固-气界面张力温度敏感系数调控处于蒸发状态下的液滴运动更加有效。(2)当壁面润湿性不随温度变化时,液滴总是向界面张力高的方向移动;当壁面润湿性随温度发生变化时,无论临界点与液滴位置存在何种关系,受高温侧壁面润湿性恶化的影响,液滴均移向低温侧。控制液滴运动可通过调控临界点与液滴位置间的关系来实现,欲抑制液滴向低温区域的迁移,应使液滴位于临界点右侧。(3)热毛细力方向对液滴铺展存在重要影响,若常规流体液滴与自润湿流体液滴对某一壁面润湿性相同,则相对于常规流体液滴,自润湿流体液滴铺展更迅速;壁面倾角的增加会加速自润湿流体液滴的向下滑移;毛细数的增大会推迟液滴左接触线进入钉扎状态,并延长其钉扎时间,而邦德数的增加会令左接触线提前进入钉扎状态,且使得钉扎时间缩短;较大的热毛细力致使液滴向下运动过程中液膜厚度在壁面上的分布相对均匀。
【图文】：

液滴演化过程(a)轮廓；(b)接触线；(c)最大高度

液滴演化过程中的各作用项影响(a)整体过程；(b)阶段II和III由(2-26)式可知液滴运动历程受毛细力、重力及热毛细力和蒸发等因素的影响
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O353.4

【参考文献】

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本文编号：2656639