T型微通道内的幂律流体液滴破裂行为的格子Boltzmann方法模拟

发布时间：2021-06-08 19:51

　　采用格子Boltzmann方法（LBM）研究了T型微通道内幂律流体液滴运动行为及其流型相图.主要研究了液滴幂律指数n对液滴破裂时颈部厚度、前端运动距离等形变特性以及流型相图的影响.数值结果表明,幂律流体液滴在T型微通道内存在阻塞破裂、隧道破裂以及不破裂三种流型.在阻塞破裂过程中,液滴颈部厚度随时间逐渐减小,且液滴幂律指数n越大,液滴颈部厚度随时间减小得越慢.同时液滴前端运动距离随时间线性增加,且随着n的增加,液滴破裂时前端运动距离越长.在隧道破裂过程中,液滴颈部厚度也随时间逐渐减小,与阻塞破裂相似,n越大液滴颈部厚度减小得越慢.与阻塞破裂相比,液滴隧道破裂时对应的临界颈部厚度有所增加,且液滴前端运动距离随时间先快速增加,然后再缓慢增加,隧道宽度随时间近似呈对数增长.此外,液滴未破裂时液滴颈部厚度以及液滴前端运动距离出现波动现象.液滴的幂律指数n越大,液滴越容易破裂,但越不容易达到阻塞破裂.根据数值模拟结果得到了各流型相图之间幂函数形式临界分界线的拟合公式,该拟合公式可以预测不同流型. 

【文章来源】：应用数学和力学. 2020,41(10)北大核心CSCD

【文章页数】：21 页

【部分图文】：

不同网格大小时无量纲液滴颈部厚度δ*随无量纲时间的演化情况

根据Laplace定律可知,当系统达到稳定时,表面张力系数σ恒定,且液滴内外的压力差Pi-Po与液滴半径的倒数1/r呈线性关系:为了验证Laplace定律,在数值模拟中分别考虑了r=20,22,24,26,28和30六种情况.为了保证数值模拟结果具有一般性,研究了液滴为剪切变稀(n=0.7)、Newton(n=1.0)与剪切变稠(n=1.3)流体三种情形. 图1(a)、 1(b)与1(c)分别给出了在幂律指数n为0.7、 1.0与1.3时得到的液滴内外压力差Pi-Po与半径倒数1/r的关系.由图1可知,模拟结果与Laplace定律一致.

本小节对非Newton剪切变稀静态液滴的静态接触角进行验证.数值模拟中网格数为128×65,在计算区域下边界中心处放置半径r=20,密度ρl=0.5以及幂律指数n=0.7的非Newton半圆液滴,液滴周围充满了ρg=0.1的Newton气体,初始气液两相的运动黏度均为νg=νl=1/6.计算域的边界条件设置为:上下壁面是无滑移边界条件,左右是周期边界条件.图3 稳态接触角θ与指标参数?wall的线性关系

【参考文献】：
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本文编号：3219090