不可混溶液滴正碰动力学过程的数值模拟研究

发布时间：2021-03-28 04:59

　　液滴碰撞现象广泛存在于自然界和工业应用之中。虽然前人已经对液滴碰撞问题做了大量研究,但前人主要局限于相同组分液滴的碰撞,缺少对不可混溶液滴碰撞的定量研究。因此本文采用自适应网格的三相扩散界面方法进行数值模拟,着重研究了两个相同大小不可混溶液滴正碰后的对称演化与非对称演化。主要内容可以分为以下三个部分:（1）发展了基于自适应网格加密技术和并行计算技术的三相扩散界面方法。我们利用开源软件包PARAMESH实现了基于网格块的自适应网格方法和基于MPI通讯协议的并行计算功能。通过气泡上升算例验证了程序的收敛性,通过与复合液滴铺展及管道中三相流动这两个问题的解析解进行对比验证了程序的准确性,最后通过使用不同加密等级和不同计算核心数模拟了液滴撞击液池的问题,给出了并行化后程序的总体性能。（2）对不可混溶液滴正碰的对称演化进行了数值模拟研究。我们改变液滴的韦伯数We以及两个液滴间液-液界面表面张力系数与液滴和环境气体间气-液界面表面张力系数之比λσ1,探究了液滴惯性和界面在液滴相互作用中所起到的影响。基于对碰撞液滴的相态学观察以及能量转化的分析,提出了等效表面张力系数σ*,利用等效表面张力系数σ*,... 

【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：108 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１．４相同大小烷烃液滴正碰的四种流动模态，相应模态和参数（Ｔ＾ｅ）依次为：小变形后的??融合（０．１９）、回弹（３．６）、大变形后的融合（１３．４）和反射分离（４５．６）?（Ｊｉａｎｇ?ｅｆａ〖．，１９９２）

１．２研宄现状???ｏｏｏｏ＾ｏ〇ｏ〇〇??〇〇?？?〇?Ｓ?〇）?ＣＯ?〇〇?Ｃ?０??ＯＯ?０９?〇?〇?＾?Ｏ?〇?〇??〇〇?＾?＾?〇？〇〇?〇〇。〇??图１．４相同大小烷烃液滴正碰的四种流动模态，相应模态和参数（Ｔ＾ｅ）依次为：小变形后的??融合（０．１９）、回弹（３．６）、大变形后的融合（１３．４）和反射分离（４５．６）?（Ｊｉａｎｇ?ｅｆａ〖．，１９９２）。??＜Ｐ?０?％?〇?Ｏ?Ｏ??＜Ｐ?＾?＾?＾?〇〇??＜Ｐ?＾?＼?＾?＾?０?〇??＜Ｐ?％?＾??图１．５相同大小烷烃液滴偏心碰撞的四种流动模态，相应模态和参数（ＶＴｅ）依次为：小变??形后的融合（０．１９）、回弹（３．６）、大变形后的融合（１３．４）和拉伸分离（５４．３）?（Ｊｉａｎｇ?ｅｆｄ，??１９９２）。??－６－??

１．２研宄现状???岐、（、鈦、磉）（＞?ｆ，?（Ｉ??了?｜?＇?Ａ?＿?１?：、??＜?）〇?｜?？＇?＂７?？?｜?费?＞?卜、、（Ｐ??图１．６不同大小的水滴正碰（Ｔａｎｇ?ｅｔ以，２０１６），相应参数（Ｗｅ，?△）依次为：（１．２５，??２．０９），?（１４．５，?２．７８），（１７．２，?２．４３）。??比较了酒精液滴与柴油液滴的碰撞以及柴油液滴之间的碰撞，由于表面张力差异酒精??液滴同样会在柴油液滴表面发生铺展行为。比起柴油液滴之间的碰撞，酒精液滴与??柴油液滴在正碰时，更易发生反射分离，而偏心碰撞时则较难发生拉伸分离，这是??由于液滴之间的液桥由于铺展行为变得更厚从而难以断裂。Ｐｌａｎｃｈｅｔｔｅ?ｅｉａ／．?（２０１０）??研宄了水／甘油混合物液滴和硅油液滴之间的碰撞，当碰撞速度较小时油滴会完全包??裹住水滴，而当碰撞速度较大时发生分离会形成一个纯油滴和一个油包水的复合液??滴。在水／甘油混合物液滴和硅油液滴之间的碰撞中，硅油液滴的粘性对碰撞结果影??响较大，并且复合液滴外层液体的厚度随撞击参数叉的减小而减校Ｐｌａｎｃｈｅｔｔｅｅｉ??ａＺ．?（２０１２）系统地研宄了水／甘油混合物液滴和硅油液滴之间的碰撞（图１．７?），在低韦??伯数ＶＦｅ下原本的融合模态不再出现，取而代之的是油滴完全包裹水滴的包裹模态，??在液滴正碰时，发现了反射分离模态下的三种子模态，分别是，穿刺分离：液滴碰撞??分离形成一个油包水的复合液滴和一个在碰撞另一端的纯油液滴；单反射分离：液滴??碰撞分离成两个油包水的复合液滴；准反射分离：液滴碰撞分离形成一个油包水的复??合液滴和一个在原碰撞端的纯油液滴，在液滴偏心碰撞时拉伸分


本文编号：3104930