【摘 要】
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本文对不同直径液滴组合在超疏水平面上的碰撞进行数值模拟,以研究超疏水壁面上竖直方向液滴碰撞的动态过程,重点研究液滴碰撞过程中是否弹跳,以及各无量纲参数对于液滴碰撞
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本文对不同直径液滴组合在超疏水平面上的碰撞进行数值模拟,以研究超疏水壁面上竖直方向液滴碰撞的动态过程,重点研究液滴碰撞过程中是否弹跳,以及各无量纲参数对于液滴碰撞过程造成的影响,包括弹跳接触时间、铺展直径和恢复系数。针对以上问题,本文采用VOF方法,并通过无量纲化,将不同工况的影响合成三个主要无量纲参数:Re数、We数、Oh数,不同液滴之间的直径比用ai表示,通过对比不同无量纲参数下的动态过程,我们可以研究重力、粘性力和表面张力对于液滴碰撞弹跳过程的影响。结果表明:在给定工况内,大液滴碰撞小液滴(ai≤1)大部分工况可以弹跳,弹跳的工况分为三种情况:a.We数较小,碰撞初期“液桥”现象较为明显;b.We数和Re数均较大,“液桥”现象不明显,液滴被拍扁拍碎;c.We数较大,Re数相对于b类要小一些,“液桥”现象不明显,液滴被拍扁但不发生破碎。不反弹的工况集中在两部分:d.Oh特别小的工况部分,液滴受到重力影响过大而无法弹起和e.Oh数特别大的工况部分,液滴由于粘性力影响很大,粘性损耗过大而无法弹起。而小液滴碰撞大液滴(ai>1)的工况,碰撞模式会发生一定变化,液滴先是通过接触融合产生波动传递,带动融合液滴与壁面发生碰撞进而反弹,无法弹起的工况会随着ai的增大而大幅增加,除了由于重力因素和粘性因素无法弹起的原因,当We数较小时,液滴碰撞也会因为产生的形变较小,其波动传递较弱,使得最终液滴与壁面碰撞后的反弹无法带动液滴进行弹跳。We数对于液滴碰撞过程产生主要的影响,最大铺展直径和接触时间随着We数的增大而增大,最大铺展直径大约与We的0.2次方成正比,接触时间大约与We的0.5次方成正比,We数前面的拟合系数会随着ai的增大而增大。而Re数对于液滴碰撞也会产生一定的影响。碰撞融合之后的恢复系数大小主要受形变程度,粘性损耗与重力因素三方面的影响。
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