【摘 要】
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液滴碰撞动力学广泛应用在喷雾燃烧、喷雾干燥以及药物喷涂等与雾化相关的各个领域,对汽水分离器、3D打印、微流控等技术的发展起着关键性作用。目前的研究主要关注中低We数（We=0～200）下牛顿液滴碰撞模态的建立,而非牛顿流体由于其复杂的流变特性,液滴碰撞的研究尚未完全开展。本文基于OpenFOAM计算平台,采用水平集法和流体体积法耦合的方法（Coupled Level-Set and Volume
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液滴碰撞动力学广泛应用在喷雾燃烧、喷雾干燥以及药物喷涂等与雾化相关的各个领域,对汽水分离器、3D打印、微流控等技术的发展起着关键性作用。目前的研究主要关注中低We数（We=0～200）下牛顿液滴碰撞模态的建立,而非牛顿流体由于其复杂的流变特性,液滴碰撞的研究尚未完全开展。本文基于OpenFOAM计算平台,采用水平集法和流体体积法耦合的方法（Coupled Level-Set and Volume of Fluid method,CLSVOF）以及自适应网格加密（Adaptive Mesh Refinement,AMR）技术,建立CLSVOFDyMFoam求解器。具体研究工作可分为以下两个部分:一、对高We工况下的牛顿流体液滴碰撞进行数值仿真计算。高We（We=210～1520）工况下的等粒径液滴碰撞结果表明:（1）随着We数的增大,液滴碰撞结果由指状结构形成、收缩阶段飞溅、液滴破碎、向迅速飞溅转换。（2）对比等粒径液滴碰撞,高We（We=210～810）工况下非等粒径液滴碰撞形成洞状结构,随着We数增加,液滴运动由小液滴渗入大液滴内部向大液滴渗入小液滴内部转换,轮缘呈现不同的扩张行为且破碎时间提前。可以观察到花瓣状轮缘向下伸展破碎、轮缘向下铺展破碎并形成大面积飞溅的卫星液滴、轮缘向上扩张破碎且边缘形成波浪状结构等不同的破碎行为。（3）通过讨论粒径比（Δ=1.0～0.25）以及初始速度对非等粒径液滴碰撞的影响,可以发现,二元非等粒径液滴的碰撞动力学主要由大液滴控制。二、基于非牛顿粘度模型,对非牛顿液滴碰撞进行数值仿真计算。详细讨论了表面张力对非牛顿液滴碰撞的影响,同时,比较了牛顿流体和非牛顿流体的液滴碰撞行为。结果表明:（1）表面张力对液滴排液过程具有促进作用,使液滴较快发生聚合。随着表面张力减小,We数增大,液滴达到最大变形并恢复成稳定球形液滴的过程中存在明显的时间延迟现象。（2）相较于牛顿流体,非牛顿流体效应对液滴最大变形具有促进作用。在粘性耗散作用下,液滴初始聚合速度减慢,最终发生永久聚结,而不发生分离。
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