多液滴撞击液膜过程的数值模拟研究

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液滴撞击现象和运用广泛存在于自然界和工、农业领域中,对液滴撞击过程的研究有着重要意义。前人对于液滴撞击固壁表面和深水液池的现象进行了许多研究,但是对于液滴撞击液膜,尤其是多液滴撞击液膜过程的研究较少。本文采用数值模拟作为研究方法,对单、双、三液滴撞击液膜的过程进行了模拟,研究了多液滴撞击液膜的流动过程和动力学特性。首先,建立单、双、三液滴撞击液膜过程的二维数值模型。基于数值模拟结果,研究了不同个数液滴分别撞击液膜的流动过程,通过对比分析各情况下撞击过程中的速度分布和压力分布随时间的变化情况,对液滴撞击液膜的变化过程进行阐述,讨论了不同个数的液滴撞击液膜流动过程的差异性;通过对比分析各情况下水花、中心射流、空腔的特征参数变化曲线,讨论了不同个数液滴撞击液膜过程的变化特征的差异性。该研究得到的结论是:与单液滴情况相比,双、三液滴情况除了单个液滴自身撞击产生的流动现象外,液滴两两之间也会产生相互影响,流动过程与单液滴区别较大。其次,基于单、双、三液滴撞击液膜的二维数值模型,分别模拟不同撞击速度、初始液膜厚度、液滴间距下的撞击过程,研究不同撞击参数对于撞击过程的影响。通过对比不同撞击参数下自由液面的演化过程,得出了撞击参数变化对于水花、中心射流、空腔形态的影响;随后对比分析了不同撞击参数下,水花、中心射流、空腔的特征参数变化曲线的趋势,讨论各个撞击参数的影响规律。结果表明,撞击速度对于液滴撞击过程影响较大,且随着液滴个数变化,产生的影响有所区别;初始液膜厚度变化对于撞击过程中自由液面的形态变化几乎没有影响;液滴间距变化是影响中心射流形态和特征参数的主要因素。
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