微尺度空泡潰滅驅(qū)動(dòng)Janus顆粒運(yùn)動(dòng)機(jī)理研究.pdf

1、受限空泡的潰滅是氣泡動(dòng)力學(xué)的核心問(wèn)題，研究已表明宏觀尺度的空泡潰滅可以拉動(dòng)同尺度的懸浮顆粒運(yùn)動(dòng)，但微尺度下相關(guān)研究還很少。隨著空泡潰滅在工程領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣，空泡潰滅時(shí)的高速射流在人工微納馬達(dá)領(lǐng)域的應(yīng)用開始受到重視。空泡潰滅形成的高速射流對(duì)微馬達(dá)具有很好的推動(dòng)作用，較以往推動(dòng)效應(yīng)提高了2個(gè)量級(jí)。對(duì)微尺度下空泡潰滅對(duì)微球的影響的研究能夠很好的了解其機(jī)理及作用過(guò)程，為自驅(qū)動(dòng)效率的提高具有重要的指導(dǎo)意義。
　　氣泡驅(qū)動(dòng)的微馬達(dá)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)

2、微氣泡潰滅形成射流能夠顯著推動(dòng)馬達(dá)向前運(yùn)動(dòng)，由于微氣泡潰滅時(shí)間很短，MicroPIV系統(tǒng)不能完整記錄潰滅過(guò)程。所以采用基于FLUENT商業(yè)軟件的Volume of Fluid多相流模型，最終實(shí)現(xiàn)微尺度下空泡鄰近微球潰滅過(guò)程的模擬。
　　首先，建立二維軸對(duì)稱模型，對(duì)微尺度下空泡鄰近平直壁面潰滅進(jìn)行模擬。得出空泡潰滅過(guò)程的相圖及流場(chǎng)情況，分析發(fā)現(xiàn)本模擬結(jié)果與前人研究基本一致，說(shuō)明了采用VOF方法模擬微空泡潰滅過(guò)程的可行性。
　　

3、其次，模擬了微尺度空泡在微球附近的潰滅過(guò)程，對(duì)比不同參數(shù)下多種工況的數(shù)據(jù)結(jié)果分析，空泡形成射流和空泡潰滅所形成的高壓對(duì)微球受力的影響?？张轁缦Ш螅淞骱透邏簩?duì)微球作用效果相同，均是使微球朝向背離空泡方向運(yùn)動(dòng)。
　　最后，根據(jù)微球受力情況，通過(guò)積分微球獲得的沖量給出了微球所能達(dá)到的速度。結(jié)果表明在微尺度下空泡潰滅足以推動(dòng)微球顯著運(yùn)動(dòng)，在氣泡尺寸固定的情況下，微球半徑越小，微球與氣泡間距離越近，推動(dòng)的效果越明顯。沖量定理則定性地解