液滴撞击液膜及固壁的多相耦合问题研究
发布时间：2020-12-07 06:23
现有液滴撞击的多相流问题多局限于液滴垂直下落的情况,往往忽略重力作用。而本文中,二维单（双）液滴初始放置于液膜或固壁面之上,给定初始水平速度受重力作用下落。为了求解该问题,本文选用了一种混合相场格子玻尔兹曼法。该方法中,使用格子玻尔兹曼法来求解流场,通过直接求解Cahn-Hilliard方程来追踪多相流的交界面。固定液滴与周围流体的密度比和粘度比（μ*）,探究了韦伯数（We）、邦德数（Bo）和撞击基质特性（无量纲液膜厚度H*及接触角滞后范围θR≤θ≤θA）对液滴撞击的影响。由单液滴撞击液膜所得结果可知,当We增大,能够产生更高的右侧溅起,但其对左侧溅起具有相反的影响。低Bo将会导致较小的溅起结构。并存在临界值H*,当液膜厚度小于该值,右侧溅起高度将会随着H*的增加而增大,否则其将会随着H*的增加而降低。分析单液滴撞击固壁的现象发现,We的增加将增大液滴最大拉伸长度,但对液滴最终形态的影响不大。而液滴的稳定铺展长度随Bo增加,相应左右侧...
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
当(a)牛奶液滴撞击壁面时和(b)水银液滴撞击壁面时的现象
4 液滴撞击的数值模拟研究对于液滴撞击液膜和固壁面的多相耦合问题，国内外众多学者也进行了大量数值研究击液膜方面，Ge 和 Fan[36]选用了 Level set 法分析了液滴撞击热平台表面时的水动力学。与渗透撞击相比，冷却撞击产生一个更薄蒸汽液膜和具有更高的热交换率。Tasogl前波追踪法模拟了混合液滴的撞击。他们证明内部液滴的形变随着雷诺数、内部液滴滴的直径比和空气与液滴的表面张力率的增加而增大。梁刚涛等[38]使用 CLSVOF 方法同粘性及表面张力的液滴撞击液膜的溅起现象。由仿真结果可知，液滴溅起结构的形张力的关系较紧密，受粘性的影响却较小。随后，其又使用相同方法[7]对液滴撞击湿面及球面的动态过程进行数值模拟。探究了反弹临界韦伯数随曲率比的变化情况，并应的理论经验公式。Raman 等[39]探究了液面速度对于两个相同液滴并肩撞击液膜动态响，如图 1.2 所示，在液滴连续下落的情况下产生了非对称喷射形变。另外，Li 等[种简单的模型来减少密度比为 1000 的高密度比情况下传统二相格子玻尔兹曼模型的并详细地进行了给定下落速度情况下，两个相同或不同尺寸同时或连续撞击液膜的液他们发现这也改变了最终王冠结构的对称性，但两种情况的溅起形态差距较大。
图 1.3 不同撞击角度及速度值下液滴撞击液膜的溅起图滴撞击固壁面的研究主要包含对液滴撞击亲水或疏水壁面的动态特性分析。由实滴撞击亲水表面往往出现沉积现象，而撞击疏水壁面则会出现反弹、飞溅等现象，Ding 等[41]分析了分离界面模型在高粘度和高密度差情况下的可适用性，并将leigh-Taylor 不稳定性的数值结果与以往数据进行对比。权生林等[42]使用格子玻尔固壁、撞击速度、韦伯数及粘性对液滴撞击形态的影响。并总结出液滴的回缩速、表面张力呈正相关关系，与液滴与固壁直接的相互作用力呈负相关关系。Ba边界元法来研究液滴撞击到固体干燥平台的物理现象。通过替换气体来减小空气形变（其总是在任何液体的不稳定性、指化和溅起之前）具有重要贡献。梁超[4壁面时空气的卷吸现象进行探究。结果显示在液滴撞击和回缩过程中，液滴底部表面出现凹陷，而凹陷部位容易出现卷吸现象。n 等[45]采用色相法分析液滴在不均匀表面上的行为。总结出接触角和亲水性的需时间，反之则降低了液滴分裂的时间，但其对液滴是否分裂不起决定性作用。拟仿真了液滴投掷撞击不同物性固壁面的过程。研究了不同水平初速度的液滴固壁面时的平铺现象。Guo 等[46]模拟了液滴在干燥或湿润表面的沉积、反弹及溅
【参考文献】：
期刊论文
[1]液滴撞击液膜的射流与水花形成机理分析[J]. 梁刚涛,郭亚丽,沈胜强. 物理学报. 2013(02)
[2]基于五阶WENO有限差分法的运动界面追踪[J]. 卢长娜,程冰. 南京信息工程大学学报(自然科学版). 2010(04)
[3]水滴撞击固体表面实验研究[J]. 权生林,李维仲,朱卫英. 大连理工大学学报. 2009(06)
[4]用格子Boltzmann方法模拟液滴撞击固壁动力学行为[J]. 权生林,李爽,李维仲,宋永臣. 计算力学学报. 2009(05)
[5]计算流体力学中的高精度数值方法回顾(英文)[J]. 成娟,舒其望. 计算物理. 2009(05)
[6]粗糙表面接触角滞后现象分析[J]. 王晓东,彭晓峰,陆建峰,刘涛,王补宣. 热科学与技术. 2003(03)
博士论文
[1]液滴撞击液膜的动力学特性研究[D]. 梁刚涛.大连理工大学 2014
[2]液滴撞击弯曲壁面的动力学过程研究[D]. 毕菲菲.大连理工大学 2015
硕士论文
[1]微小液滴撞击固体壁面及薄液膜动态特性的数值研究[D]. 梁超.重庆大学 2013
[2]基于SPH方法的液滴撞击固壁过程的数值模拟研究[D]. 李玲玲.天津大学 2012
本文编号：2902797
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
当(a)牛奶液滴撞击壁面时和(b)水银液滴撞击壁面时的现象
4 液滴撞击的数值模拟研究对于液滴撞击液膜和固壁面的多相耦合问题，国内外众多学者也进行了大量数值研究击液膜方面，Ge 和 Fan[36]选用了 Level set 法分析了液滴撞击热平台表面时的水动力学。与渗透撞击相比，冷却撞击产生一个更薄蒸汽液膜和具有更高的热交换率。Tasogl前波追踪法模拟了混合液滴的撞击。他们证明内部液滴的形变随着雷诺数、内部液滴滴的直径比和空气与液滴的表面张力率的增加而增大。梁刚涛等[38]使用 CLSVOF 方法同粘性及表面张力的液滴撞击液膜的溅起现象。由仿真结果可知，液滴溅起结构的形张力的关系较紧密，受粘性的影响却较小。随后，其又使用相同方法[7]对液滴撞击湿面及球面的动态过程进行数值模拟。探究了反弹临界韦伯数随曲率比的变化情况，并应的理论经验公式。Raman 等[39]探究了液面速度对于两个相同液滴并肩撞击液膜动态响，如图 1.2 所示，在液滴连续下落的情况下产生了非对称喷射形变。另外，Li 等[种简单的模型来减少密度比为 1000 的高密度比情况下传统二相格子玻尔兹曼模型的并详细地进行了给定下落速度情况下，两个相同或不同尺寸同时或连续撞击液膜的液他们发现这也改变了最终王冠结构的对称性，但两种情况的溅起形态差距较大。
图 1.3 不同撞击角度及速度值下液滴撞击液膜的溅起图滴撞击固壁面的研究主要包含对液滴撞击亲水或疏水壁面的动态特性分析。由实滴撞击亲水表面往往出现沉积现象，而撞击疏水壁面则会出现反弹、飞溅等现象，Ding 等[41]分析了分离界面模型在高粘度和高密度差情况下的可适用性，并将leigh-Taylor 不稳定性的数值结果与以往数据进行对比。权生林等[42]使用格子玻尔固壁、撞击速度、韦伯数及粘性对液滴撞击形态的影响。并总结出液滴的回缩速、表面张力呈正相关关系，与液滴与固壁直接的相互作用力呈负相关关系。Ba边界元法来研究液滴撞击到固体干燥平台的物理现象。通过替换气体来减小空气形变（其总是在任何液体的不稳定性、指化和溅起之前）具有重要贡献。梁超[4壁面时空气的卷吸现象进行探究。结果显示在液滴撞击和回缩过程中，液滴底部表面出现凹陷，而凹陷部位容易出现卷吸现象。n 等[45]采用色相法分析液滴在不均匀表面上的行为。总结出接触角和亲水性的需时间，反之则降低了液滴分裂的时间，但其对液滴是否分裂不起决定性作用。拟仿真了液滴投掷撞击不同物性固壁面的过程。研究了不同水平初速度的液滴固壁面时的平铺现象。Guo 等[46]模拟了液滴在干燥或湿润表面的沉积、反弹及溅
【参考文献】：
期刊论文
[1]液滴撞击液膜的射流与水花形成机理分析[J]. 梁刚涛,郭亚丽,沈胜强. 物理学报. 2013(02)
[2]基于五阶WENO有限差分法的运动界面追踪[J]. 卢长娜,程冰. 南京信息工程大学学报(自然科学版). 2010(04)
[3]水滴撞击固体表面实验研究[J]. 权生林,李维仲,朱卫英. 大连理工大学学报. 2009(06)
[4]用格子Boltzmann方法模拟液滴撞击固壁动力学行为[J]. 权生林,李爽,李维仲,宋永臣. 计算力学学报. 2009(05)
[5]计算流体力学中的高精度数值方法回顾(英文)[J]. 成娟,舒其望. 计算物理. 2009(05)
[6]粗糙表面接触角滞后现象分析[J]. 王晓东,彭晓峰,陆建峰,刘涛,王补宣. 热科学与技术. 2003(03)
博士论文
[1]液滴撞击液膜的动力学特性研究[D]. 梁刚涛.大连理工大学 2014
[2]液滴撞击弯曲壁面的动力学过程研究[D]. 毕菲菲.大连理工大学 2015
硕士论文
[1]微小液滴撞击固体壁面及薄液膜动态特性的数值研究[D]. 梁超.重庆大学 2013
[2]基于SPH方法的液滴撞击固壁过程的数值模拟研究[D]. 李玲玲.天津大学 2012
本文编号：2902797
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