液滴通过圆形表面的格子Boltzmann模拟

发布时间：2024-02-14 12:37

　　为了探究液滴在通过圆形表面的运动过程中固体表面的润湿性对液滴运动的影响,基于S-C伪势模型的介观格子Boltzmann方法(LBM),课题组对重力场下液滴的运动过程进行了二维数值模拟,并考虑了气-液、液-固间的相互作用力与重力的影响。同时采用MATLAB软件图像处理中的边缘检测技术来提取液滴轮廓线,然后以多项式拟合的方法来获得液滴的接触角。计算结果表明:液滴的整体运动速度会随着接触角的增大而增大,而且都会经历一个相同的速度变化过程,同时在液滴下落的过程中存在一个临界接触角。该研究表明润湿性对液滴运动有显著的影响,其模拟结果对液滴动力学的仿真有一定的参考价值。

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【部分图文】：

图1D2Q9模型示意图Figure1SchematicdiagramofD2Q9model1．2作用力的引进

为离散方向上的局部平衡态分布函数。feqi与局部密度ρ和速度u有关，其表达式为feqi=wiρ1+ci·uc2s+(ci·u)22c4s－u22c2[]s。(2)式中:wi为权重因子，当i=0时，wi=4/9;当i=1，2，3和4时，wi=1/9;当i=5，6，7和8时，wi=1....

图2不同温度下液滴内外压差与半径倒数之间的关系Figure2Ｒelationbetweeninternaland

形。根据Laplace定律可得稳定时液滴内外的压力差pin－pout与表面张力σ和液滴的半径Ｒ满足以下关系式:Δp=pin－pout=σＲ。(12)在模拟中，选择SC状态方程，四周均取周期性边界条件，气相和液相的初始密度由Maxwell重构得到，初始液滴半径依次为20，30，40....

图3物理模型结构示意图Figure3Schematicdiagramofphysicalmodelstructure

给出了不同温度下的液滴内外压差Δp与液滴半径的倒数1/Ｒ的关系。将模拟结果进行线性拟合后发现液滴内外压差与液滴半径的倒数成正比关系。数值模拟结果符合Laplace定律，同时根据式(12)可知直线的斜率为液滴的表面张力，从图中很容易看出随着系统温度的下降，液滴的表面张力在增大。图2....

图4液滴接触角计算过程示意图Figure4Schematicdiagramofdropletcontactanglecalculationprocess图4(a)和图4(b)分别是液滴外形图与边缘检测

本文编号：3898122