液滴撞击非均匀表面定向反弹的数值研究
液滴撞击非均匀表面定向反弹的数值研究
【摘要】： 液滴撞击固体表面的场景广泛存在于微流控、防结冰、强化传热等诸多工业领域和高新技术中,因此,液滴在与表面相互作用过程中的动态特性已成为众多领域研究和关注的热点。随着微纳加工技术的不断发展,目前在制造领域已经可以加工制备出各式各样的非均匀单一表面,其中主要分为非均匀润湿性表面和非均匀宏观结构表面,这些表面可以有效调控液滴撞击固体表面的动态特性。因此,现阶段亟待揭示出非均匀润湿性表面和非均匀宏观结构表面等复杂表面对液滴动态特性的影响规律。基于上述研究现状,本文通过LBM数值方法系统研究了液滴以不同条件撞击非均匀润湿性表面和非均匀宏观结构表面等复杂表面的动力学过程,全面揭示液滴上述表面对接触时间以及反弹倾斜角的影响规律。研究发现,当在均匀表面设计不同润湿性的圆形区域时,液滴撞击后的动力学特性发生改变,完成铺展和回缩后,液滴不再从原始撞击位置弹起,而是以一定的速度向表面浸润性低的一侧反弹;当表面的浸润性差异增大时,液滴定向反弹偏移的程度增加,但是接触时间也随之增加;另外当撞击速度增大,即韦伯数We增大时,液滴定向反弹的偏移程度变化较小,但其接触时间会呈现下降的趋势。研究发现,当撞击表面存在高度差,即存在结构上存在非均匀时,液滴撞击后的动力学特性也会发生改变。由于表面呈现台阶状,液滴在表面的铺展中心对称在时间维度和空间维度均被打破。随着表面高度差,即台阶高度的增加,液滴的偏移程度增加,且反弹倾斜角的最大值超过上述非均匀浸润性表面的反弹倾斜角;增加We同样可以增加反弹倾斜程度,但其影响效果弱于改变台阶高度的效果最后,我们将液滴在台阶上、下表面接触的时间差定义为差异时间,并对液滴反弹的速度倾斜角进行了分析,绘制了其反弹倾斜角的正切值与差异时间的曲线,得出了速度倾斜角与差异时间的理论关系。
【学位授予单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2022
网址：液滴撞击非均匀表面定向反弹的数值研究 http://c.mxgxt.com/news/view/489614
相关内容
均匀液滴尺寸及间距的实验研究液滴撞击热壁的数值模拟研究
水包油液滴撞击固体壁面动态行为的可视化研究
竖直表面液滴运动的数值模拟
不可混溶液滴正碰动力学过程的数值模拟研究
液滴碰撞亲—疏水性组合壁面过程的数值模拟
超声波去除铝板表面霜层及融霜液滴的试验研究
仿生功能性润湿结构中液滴定向输运特性研究
基于声表面波的液滴驱动技术研究
微流控液滴定量系统的研究
