壁面润湿性对液滴撞击管壁的动力学特性影响实验研究

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液滴碰撞固体壁面的现象在工程实际和自然界中经常发生,工程领域需要大量的相关精确知识,壁面润湿性对液滴撞击后的动力学特性有重要的影响。海内外学者对液滴撞击现象进行了较为全面的探究,但是在壁面润湿性对液滴撞击弯曲壁面的动力学特性影响方面的研究还较少。本文通过实验的方式探究了液滴撞击不同润湿性管壁的动态变化过程,分析了壁面润湿性对液滴撞击管壁的动力学特性影响。通过化学位错刻蚀法和表面修饰法,实验制备了五种不同润湿性壁面;观测了管壁直径小于、大于以及远大于液滴直径的不同情况下,液滴以相同初速度分别撞击以上三种情况的亲水壁面、疏水壁面和超疏水壁面时的动力学过程,分析了不同曲率比状况下壁面润湿性对液滴的特征参数的影响。指出当管壁直径小于液滴直径时,液滴在撞击管壁后会发生部分脱落,并且在亲水壁面上液膜会包覆整个管壁的圆周,液滴在管壁的正下方脱落;在疏水和超疏水壁面上,液膜会悬垂于管壁两侧,并且在管壁两侧发生部分脱落。当管径大于以及远大于液滴直径时,液滴在亲水管壁铺展后迅速达到稳定;在疏水管壁上时,液滴在达到最大铺展时会发生回缩;在超疏水管壁上液滴铺展后以液膜的形态发生反弹。壁面润湿性越差,对液滴的铺展有阻碍作用,但有利于液膜的回缩;在相同润湿性壁面,曲率比越大,越不利于液膜的回缩,并且液膜在回缩和反弹过程中的断裂趋势越明显。观测了液滴分别以不同初速度撞击管壁直径大于液滴直径时的亲水壁面、疏水壁面和超疏水壁面时动力学过程,并在此基础上分析了不同撞击初速度下壁面润湿性对液滴的特征参数的影响。壁面润湿性对液滴的铺展和回缩影响趋势基本不变,而当接触角小于107。时,撞击速度越小,液滴在管壁上的回缩和震荡越明显;在超疏水壁面上,当液滴的撞击初速度大于0.94m/s时,液滴在撞击后的运动中会发生碎裂的现象,且撞击速度越大,碎裂发生的时期越早;撞击速度为1.95mn/s时,液膜在疏水壁面上都会发生断裂,壁面润湿性越差,液膜断裂发生的时期越早。
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