液滴撞击倾斜壁面动力学过程研究

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带有自由表面的流动现象广泛存在于现实生活中,它与人类的生存和发展有着不可分割的联系。液滴与固体表面的撞击现象就是一种典型的自由表面流动问题。详细研究液滴撞击固体表面的动力学行为对研究这些自然现象和工业技术的发展起着至关重要的作用。本文根据流体力学控制方程建立了液滴撞击壁面的理论模型,利用流体动力学商业软件FLUENT的VOF二维模型,对液滴撞击倾斜壁面的动力学过程进行了重点考察,将模拟结果与实验数据进行比较分析,验证其正确性。通过改变相关参数,分析了液滴在壁面的流动状态,详细的研究了壁面特性、撞击速度、撞击角及液滴物性对变形过程的影响。本文最后提出了关于两相流计算的VOF三维模型,对液滴撞击水平及倾斜壁面的各个方向的变形情况进行了更深入的研究分析。结果表明;通过比较液滴撞击倾斜表面的模拟结果与实验数据,可以看出VOF数值模拟方法能够表现出液滴在撞击过程中的关键特征。当液滴撞击水平壁面时,液滴的流动是对称的,但是液滴撞击倾斜壁面时,液滴的流动是不对称的。对于液滴撞击水平表面,壁面湿润性的影响分别用静态接触角模型(SCA)和动态接触角模型(DCA)进行模拟,对比结果DCA模型更接近于实验观测值。对于液滴撞击倾斜壁面,壁面的可润湿性即壁面的接触角对液滴的流动状态有很大的影响。高润湿性表面仅仅表现出沉积铺展,低润湿性表面表现出明显的滑移现象;撞击速度越大,液滴铺展的长度越大;在相同的We数下,撞击角越小,液滴的铺展速度越快,最终铺展的程度越大;在相同的条件下,粘度大的液滴铺展速度慢,铺展的长度小。
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