微液滴的振动特性研究

发布时间：2020-05-29 09:44

【摘要】：微液滴的振动和撞击不仅广泛存在于自然界之中,喷墨印刷、喷雾涂层和液滴运动等工业方面也具有重要应用。因此,对微液滴的振动特性研究显得尤为重要。其中,微液滴的振动特性研究指的是对微液滴的一阶振动频率的研究。本文对微液滴的振动特性研究工作从两个方面展开:在实验方面,搭建实验平台,包括高速摄像机、注射泵和减震台;准备不同接触角的硅片,反映出实验样品的亲疏水特性;准备不同性质(密度,体积和表面张力)的实验液滴。高速摄像机拍摄微液滴的振动过程,软件处理液滴的振动视频,滤去高阶振动频率的成分,得到微液滴的一阶振动频率。在理论方面,建立微液滴一阶振动的理论模型。在Landau和Noblin的理论公式基础上,根据能量守恒原理、动量守恒原理和液滴表面波理论,分别推导出三种有一定可行性的液滴一阶振动理论模型。比较实际振动频率和理论计算出的液滴振动频率,讨论不同理论计算公式的优缺点和可行性。最后,所有的理论计算模型满足液滴振动周期随着表面接触角增大呈现先减小后增大的性质;球坐标下基于能量守恒原理推导出理论模型在接触角大于90°时接近实际振动周期;表面波模型在接触角大于76°时,接近实际振动周期。
【图文】：

亲疏,固体表面

当固体表面与纯水的表面接触角０小于９０°时，于是称此固体表面具有亲水逡逑特性；当固体表面与水的表面接触角０大于９０°时，于是称此固体表面具有疏水逡逑特性。从另一个角度来说，图１－２邋（ａ）中固体表面为亲水表面，具有较高的表面逡逑能量，固体表面张力＆大于液体表面张力图１－２邋（ｂ）中固体表面为疏水表逡逑面，具有较低的表面能量，固体表面张力｝＾小于液滴表面张力况［４（）１。逡逑（ａ）逦（ｂ）逡逑图１－２亲疏水不意图逡逑Ｆｉｇ．１－２邋Ｔｈｅ邋ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｈｙｄｒｏｐｈｉｌｉｃ邋ａｎｄ邋ｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃ逡逑１．２．５实验液滴的属性逡逑不同的液滴具有不同的性质（密度、粘度和表面张力），甘油与水的配比不逡逑同，会有不同性质的甘油混合物。纯水和８种不同甘油混合物在室温２５°Ｃ的条逡逑件下，会呈现不同性质，如表１－１。这些液滴具有不同的表面张力，，不同的密度逡逑和粘度［３９］。逡逑６逡逑

示意图,方案,液滴,示意图

Ｃａｍｉｋｖｅｒ逡逑’逡逑图２－１方案一的实验示意图逡逑Ｆｉｇ．２－１邋Ｓｃｅｎａｒｉｏ邋１邋ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ邋ｓｃｈｅｍａｔｉｃ逡逑方案二：为了采集到液滴振动信号的基础上，能完整的观看到液滴整个振动逡逑过程，可以搭建一个实验平台［４（）］。准备一个装有实验液滴的针筒，针筒一端连逡逑上注射泵，另一端连上一个２４０ｕｍ外径的针尖，编辑程序的手段控制注射泵的逡逑流速，达到控制液滴体积的作用。液滴的体积比较小，液滴的直径小于毛细长度，逡逑基底上移让液滴落到硅片上面，实现下落过程。或者给与液滴一个初速度，让液逡逑滴的尺寸小于毛细长度。然后，使用高速摄像机拍摄液滴完整的振动过程的视频。逡逑最后，编辑程序处理高速摄像机拍摄的视频，得到高速摄像机每一帧的数据（液逡逑滴中心点的高度和液滴的底面半径）。逡逑运用数据处理软件分析数据
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O353.1

【参考文献】