液滴碰撞倾斜壁面的动力学特性

发布时间：2022-01-21 08:11

　　为了探究液滴碰撞在固体表面的动力学特性,该文进行了不同初速度的液滴以不同角度撞击光滑不锈钢表面的实验,通过实验研究了液滴的碰撞角度和Weber数对碰撞过程中液滴的动力学特性,如液滴前后沿点位移、最大铺展直径、滑移距离等的影响。结果表明:液滴的最大无量纲铺展直径随Weber数的增大而增大,随斜面倾斜角度的增大而减小;但是,液滴最终静止在表面时与表面的接触直径几乎不受Weber数和碰撞角度的影响,而是取决于液滴在表面上的前进接触角和后退接触角;另外,液滴的前后沿点位移和滑移距离随碰撞角度和Weber数的增大都呈现上升趋势。 

【文章来源】：清华大学学报(自然科学版). 2019,59(02)北大核心EICSCD

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

图１液滴碰撞实验系统装置图实验结果和讨论

姚一娜，等：液滴碰撞倾斜壁面的动力学特性１３１滴形状明显变化。最终，液滴在ｔ＝１７５ｍｓ时达到静止状态，即进入稳定润湿阶段，此时液滴的铺展直径为３．６７ｍｍ。而在图２ｂ中，由于液滴沿斜面滑动时间更长，使得液滴在滑动阶段就开始回缩，导致２个阶段有所重叠。最终液滴在８２．６５ｍｓ时停止滑动，此时静止液滴的铺展直径为３．５４ｍｍ。图２液滴以１．２０６ｍ／ｓ的速度碰撞在倾斜壁面上的动力学过程２．２Ｗｅｂｅｒ数和碰撞角度的影响为了更好地描述液滴在斜面上的运动过程，本文定义了一个如图３所示的坐标系。球状液滴直径为Ｄ０，竖直向下的撞击速度是Ｕ０，并可以分解为垂直斜面方向的速度Ｕｎ和平行斜面方向的速度Ｕｔ。液滴下落后最先与表面接触的点定义为原点，平行斜面向下的方向定义为ｘ轴的正方向。液滴运动过程中与表面接触的最前沿的点和最后沿的点分别定义为前沿点和后沿点，前后沿点相对于碰撞点的位移分别为ｘｆ和ｘｂ，液滴运动过程中与表面的接触直径定义为铺展直径Ｄｓ。图３液滴撞击倾斜表面的坐标系本文采用Ｗｅｂｅｒ数来表征液滴的性质，竖直方向上液滴的Ｗｅｂｅｒ数定义如式（１）所示，垂直斜面和平行斜面方向的Ｗｅｂｅｒ数可分别定义为式（２）和式（３）。Ｗｅ＝ρＵ２０Ｄ０σ，（１）ＷｅＮ＝ρＵ２ｎＤ０σ，（２）ＷｅＴ＝ρＵ２ｔＤ０σ．（３）其中：ρ为密度，σ为表面张力，ＷｅＮ为垂

最终，液滴在ｔ＝１７５ｍｓ时达到静止状态，即进入稳定润湿阶段，此时液滴的铺展直径为３．６７ｍｍ。而在图２ｂ中，由于液滴沿斜面滑动时间更长，使得液滴在滑动阶段就开始回缩，导致２个阶段有所重叠。最终液滴在８２．６５ｍｓ时停止滑动，此时静止液滴的铺展直径为３．５４ｍｍ。图２液滴以１．２０６ｍ／ｓ的速度碰撞在倾斜壁面上的动力学过程２．２Ｗｅｂｅｒ数和碰撞角度的影响为了更好地描述液滴在斜面上的运动过程，本文定义了一个如图３所示的坐标系。球状液滴直径为Ｄ０，竖直向下的撞击速度是Ｕ０，并可以分解为垂直斜面方向的速度Ｕｎ和平行斜面方向的速度Ｕｔ。液滴下落后最先与表面接触的点定义为原点，平行斜面向下的方向定义为ｘ轴的正方向。液滴运动过程中与表面接触的最前沿的点和最后沿的点分别定义为前沿点和后沿点，前后沿点相对于碰撞点的位移分别为ｘｆ和ｘｂ，液滴运动过程中与表面的接触直径定义为铺展直径Ｄｓ。图３液滴撞击倾斜表面的坐标系本文采用Ｗｅｂｅｒ数来表征液滴的性质，竖直方向上液滴的Ｗｅｂｅｒ数定义如式（１）所示，垂直斜面和平行斜面方向的Ｗｅｂｅｒ数可分别定义为式（２）和式（３）。Ｗｅ＝ρＵ２０Ｄ０σ，（１）ＷｅＮ＝ρＵ２ｎＤ０σ，（２）ＷｅＴ＝ρＵ２ｔＤ０σ．（３）其中：ρ为密度，σ为表面张力，ＷｅＮ为垂直斜面方向Ｗｅｂｅｒ数，ＷｅＴ为平行斜面方向Ｗｅｂｅｒ数。

【参考文献】：
期刊论文
[1]汽-水分离器内双液滴碰撞的数值模拟研究[J]. 张迪,罗琦,黄伟,王侃.  核动力工程. 2015(01)
[2]速度对液滴撞击超疏水壁面行为特性的影响[J]. 杨宝海,王宏,朱恂,丁玉栋,周劲.  化工学报. 2012(10)
[3]喷雾冷却中微液滴碰撞薄液膜的流动与换热[J]. 王磊,淮秀兰,陶毓伽,王立.  工程热物理学报. 2010(06)



本文编号：3599901