【摘 要】
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本文采用实验、理论和数值模拟相结合的方法研究了不同粘度液滴在不同润湿性表面上的冲击动力学。实验结果显示冲击现象与液滴的物理性质和表面的润湿性相关:在亲液表面上,液
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本文采用实验、理论和数值模拟相结合的方法研究了不同粘度液滴在不同润湿性表面上的冲击动力学。实验结果显示冲击现象与液滴的物理性质和表面的润湿性相关:在亲液表面上,液滴冲击表面后通常只有沉积现象;在疏液和超疏液表面上,实验观测到了气泡捕获、部分反弹和完全反弹等冲击现象。最大铺展系数是用于表征冲击结果的重要参数之一,研究表明其与液滴的冲击速度和液滴的粘度等因素有关,然而分析显示已有的理论模型不能很好地预测不同冲击条件下的最大铺展系数。通过能量分析,发现在最大铺展时对残余动能的忽略和液滴变形假设的不准确造成了对低粘度液滴最大铺展系数的高估,边界层理论的局限性导致了对高粘度液滴最大铺展系数的低估。液滴铺展时间同样受多个因素的综合影响,考虑液滴粘度和表面润湿性对液滴铺展的作用,修正了传统毛细-惯性特征时间,并获取了一个描述铺展时间的通用公式。液滴冲击表面后内部的残余动能使液滴继续振动,文中用阻尼振动理论分析了液滴冲击后的振动行为,通过简单的量纲分析,解释了液体粘度和表面润湿性对冲击后振动的影响。此外,通过数值模拟讨论了液滴冲击速度、表面润湿性和液滴粘度对液滴内部粘性耗散能、残余动能和有效表面能的影响,得出了粘性耗散能随冲击速度、液滴粘度的增加而增加;残余动能和有效表面能随冲击速度的增加、液滴粘度的减小而增加。对于低粘度液滴,表面润湿性对液滴的能量变化有一定的影响,随着液滴粘度的增加,其影响逐渐减小。
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