多相接觸線模型及復(fù)合液滴動力學(xué)研究.pdf

1、帶移動接觸線的多相流動問題在生活和生產(chǎn)過程中具有廣泛應(yīng)用。本文發(fā)展了帶移動接觸線三相流動數(shù)值模擬模型，結(jié)合數(shù)值模擬和理論分析研究了剪切流中復(fù)合液滴運動和平板上復(fù)合液滴構(gòu)型之間的轉(zhuǎn)化，并提出了泡沫結(jié)構(gòu)演化數(shù)值模擬方法，主要工作及研究成果如下:
　　(1)基于擴散界面模型方法，提出了一種用于三種流體共存的幾何移動接觸線模型。當(dāng)固體壁面上存在三種流體時，三種不同的接觸線交匯于一點會形成四相接觸點。多相幾何移動接觸線模型解決了四相接觸點處

2、接觸角階躍問題。結(jié)合三相流動擴散界面模型和Navier-Stokes求解器，能夠模擬帶移動接觸線的三相流動問題。通過模擬二維復(fù)合液滴在平板上的鋪展問題，將數(shù)值模擬結(jié)果與解析解的對比，驗證了模型的準確性。最后，將該模型應(yīng)用于固體圓柱撞擊兩層不同流體、剪切流中三維復(fù)合液滴滑動問題和液滴吞噬等具有復(fù)雜多相界面的流動問題。
　　(2)數(shù)值模擬了剪切流動中Janus形復(fù)合液滴運動，探討了界面變形和剪切力對復(fù)合液滴轉(zhuǎn)動角速度的影響機制。數(shù)值結(jié)

3、果顯示，復(fù)合液滴運動可劃分成破碎模態(tài)，拉伸模態(tài)和旋轉(zhuǎn)模態(tài)。通過對組分液滴質(zhì)心之間距離，三相點之間距離，變形參數(shù)等量隨時間變化分析，對各個模態(tài)進行了定量表征。發(fā)現(xiàn)了界面變形和轉(zhuǎn)動速度隨轉(zhuǎn)向角呈現(xiàn)周期性變化，復(fù)合液滴變形幅度受剪切力增大而增大。剪切力和界面變形共同影響復(fù)合液滴平均轉(zhuǎn)動速度，在Ca數(shù)較小時，平均轉(zhuǎn)動速度主要由剪切力主導(dǎo)，在Ca數(shù)較大時，平均轉(zhuǎn)動速度主要由液滴變形主導(dǎo)。
　　(3)對平板上復(fù)合液滴構(gòu)型及不同構(gòu)型之間轉(zhuǎn)化機理

4、進行了理論分析和數(shù)值模擬研究。在靜力學(xué)平衡條件下，建立基于表面張力與壓力相平衡的曲面控制方程，求出了各個構(gòu)型的具體形狀和參數(shù)相圖。揭示了構(gòu)型轉(zhuǎn)化的兩種機制，一種是界面發(fā)生拓撲幾何變化的臨界幾何條件，另一種是能量最小化條件。此外，還對典型的構(gòu)型轉(zhuǎn)化動力學(xué)過程進行了數(shù)值模擬研究，揭示了表面張力波和慣性作用對轉(zhuǎn)化過程中接觸線運動的影響。
　　(4)基于多相擴散界面模型，提出了多相泡沫數(shù)值模型。該模型中，用不同的相來區(qū)分不同的氣泡，用加權(quán)