【摘 要】
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活性剂的水溶液在流经固体基底时会形成薄液膜,其独特的动力学特性使其在生物、航空航天及化工等传统工业和高新技术领域中发挥着至关重要的作用。当含活性剂液滴的厚度小于10
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活性剂的水溶液在流经固体基底时会形成薄液膜,其独特的动力学特性使其在生物、航空航天及化工等传统工业和高新技术领域中发挥着至关重要的作用。当含活性剂液滴的厚度小于100nm时,分子间力表现出的分离压或结合压效应将对其演化特征及去润湿特性产生重要影响。此外,当液滴表面的张力分布因外界作用而改变时,将形成Marangoni效应,驱动液膜流动。根据Marangoni力与流向间的关系可将含活性剂的液膜体系分为正、负、中三种体系。本文通过数学建模和数值模拟的方法,对不同体系、不同因素作用下的含活性剂液滴的演化形态、影响因素及稳定性进行了探讨,主要内容如下:(1)以可溶性活性剂为研究对象,针对含活性剂液滴在预置液膜上的铺展历程,采用润滑理论建立了液膜厚度、活性剂表面浓度和内部浓度的演化模型,应用PDECOL程序对van der Waals引力和Born斥力作用下的液滴演化过程进行数值模拟,分析并比较了分离压和结合压对液滴演化动力学特征的影响。(2)在考虑分子间力作用的前提下,对正体系、中性体系和负体系下的液滴演化过程进行模拟,分析了不同液膜体系下Marangoni效应对液滴铺展过程和稳定性的影响,揭示了不同体系下的液滴演化机理,并探讨了分离压与结合压对负体系液滴演化形态的影响。借助数值模拟方法,获得了Marangoni力、毛细力和分子间作用力在液滴演化不同阶段中所占的比重及变化关系。(3)基于非模态稳定性理论,建立了基态和扰动态下的液滴厚度、表面活性剂浓度和内部浓度的演化方程组,应用非模态理论分析了演化过程的稳定性,探讨了van der Waals引力、Born斥力及典型参数对液滴演化稳定性特征的影响。
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