19111.振動(dòng)液滴內(nèi)部流場的cfd模擬和實(shí)驗(yàn)研究

1、振動(dòng)液滴內(nèi)部流場的CFD模擬和實(shí)驗(yàn)研究重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文（學(xué)術(shù)學(xué)位）學(xué)生姓名：陳文指導(dǎo)教師：董立春教授專業(yè)：化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)科門類：工學(xué)重慶大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院二O一五年五月重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文中文摘要I摘要共振頻率下微液滴的振動(dòng)廣泛出現(xiàn)在液液萃取、陶瓷粉末的合成、微重力環(huán)境下晶體的生長等各種工程過程中。目前有實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬對(duì)運(yùn)動(dòng)微液滴的內(nèi)部流動(dòng)進(jìn)行了廣泛研究，但在液滴受驅(qū)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)開始運(yùn)動(dòng)前，液滴接觸線附近產(chǎn)生的接觸力在液滴移動(dòng)之前會(huì)平衡

2、驅(qū)動(dòng)力，當(dāng)液滴沒有克服該接觸力時(shí)，液滴接觸線不會(huì)移動(dòng)，目前關(guān)于微液滴在接觸線固體狀態(tài)下的內(nèi)部流動(dòng)規(guī)律很少有文獻(xiàn)報(bào)道，因而了解接觸線固定的共振微液滴內(nèi)部流動(dòng)具有重要的理論和應(yīng)用價(jià)值。本文以VOF－CSF模型為基礎(chǔ)，使用FluentCFD軟件模擬了微液滴在不同共振頻率下液滴內(nèi)部速度場，并通過實(shí)驗(yàn)確認(rèn)了模擬結(jié)果的正確性，主要完成工作總結(jié)如下：建立了共振微液滴的CFD模型，根據(jù)微液滴在振動(dòng)過程中的計(jì)算精度和計(jì)算時(shí)間對(duì)求解網(wǎng)格進(jìn)行了合理劃分，設(shè)置

3、了相應(yīng)的邊界條件，以VOF－CSF模型為基礎(chǔ)建立了微液滴在振動(dòng)過程中的控制方程，實(shí)現(xiàn)了微液滴在在振動(dòng)條件下內(nèi)部速度場的數(shù)值模擬，通過與本文實(shí)驗(yàn)觀察共振微液滴內(nèi)部流動(dòng)規(guī)律的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相比較，確證了模擬結(jié)果的正確性。研究了微液滴在第一、二、三共振頻率下內(nèi)部流動(dòng)規(guī)律，從側(cè)面和正面觀察微液滴的相圖、內(nèi)部總壓力圖和液滴速度場，并畫出微液滴不同時(shí)刻的內(nèi)部流線。得出的結(jié)論有：在不同振動(dòng)頻率下液滴頂部首先都會(huì)向下運(yùn)動(dòng)，液滴恢復(fù)形狀后發(fā)生左右擺動(dòng)，隨著共振

4、頻率的增大，液滴的擺動(dòng)幅度和變形也越來越大，且液滴在振動(dòng)過程中，最左端、最右端和頂部會(huì)出現(xiàn)壓力最大值區(qū)域。液滴在第一共振頻率時(shí)，側(cè)面和正面流動(dòng)規(guī)律相一致，液滴左右兩邊形成一大一小兩個(gè)流動(dòng)回路，同時(shí)在接觸線附近出現(xiàn)兩個(gè)較小流動(dòng)回路；在第二共振頻率時(shí)，側(cè)面相變較大，受拉普拉斯力影響，頂部兩邊形成的一大一小兩個(gè)流動(dòng)回路隨振動(dòng)時(shí)間延長而逐漸消失，接觸線附近的兩個(gè)流動(dòng)回路增大，正面內(nèi)部流動(dòng)規(guī)律和第一共振頻率內(nèi)部流動(dòng)一致；第三共振頻率時(shí)，液滴側(cè)面擺

5、動(dòng)幅度和相變更加劇烈，液滴上部流動(dòng)變得無規(guī)律，但在左右兩邊接觸線附近形成最大流動(dòng)回路，液滴正面流動(dòng)規(guī)律變化不大，左右兩邊各形成一個(gè)較大流動(dòng)回路，接觸線附近仍保持兩個(gè)較小流動(dòng)回路。對(duì)三個(gè)共振頻率下微液滴內(nèi)部流動(dòng)總結(jié)分析發(fā)現(xiàn)，液滴內(nèi)部的不規(guī)律流動(dòng)導(dǎo)致液滴發(fā)生形變，不規(guī)律流動(dòng)越強(qiáng)，液滴形變?cè)酱螅瑥亩鴮?dǎo)致液滴在疏水梯度表面快速運(yùn)動(dòng)；當(dāng)液滴內(nèi)部的流動(dòng)左右對(duì)稱有規(guī)律時(shí)，則液滴不會(huì)發(fā)生形變。液滴在不受拉普拉斯力作用下，不同共振頻率下液滴內(nèi)部流動(dòng)規(guī)律是