液滴撞击液膜过程普遍存在于自然界和工业生产中,其强烈的质热交换能力使其在化工、能源等工业领域中有着广泛的应用,对此过程进行系统、深入的研究对相关工业设备的设计与工作过程中的问题有着很重要的作用。液滴撞击液膜过程是典型的自由界面运动问题,由于撞击之后的动量交换,使得界面拓扑变化非常复杂。为了研究液滴撞击液膜过程中的界面变化,本文采用界面追踪法(Front Tracking Method,FTM)对其进行数值模拟研究,并使用课题组现有器材搭建液滴撞击液膜实验观测平台进行实验研究。采用FTM研究了液滴撞击液膜过程的形态变化和产生的卷吸现象,建立相应的数学物理模型。通过进行网格无关性分析和将模拟结果与之前学者进行的实验结果进行对比,验证了FTM方法对于液滴撞击液膜问题的适用性与准确性。之后,分析了We数、无量纲液膜厚度和Bo数等在内的无量纲运动参数对撞击过程和结果的影响。结果表明:(1)液滴撞击液膜初期的压力云图显示:在撞击区域,压力在壁面处达到最大并随着高度的增加而减小,在撞击影响不到的区域压力不变化;液滴撞击之后,会先在二者接触的颈部区域产生一个小的射流,这个射流是后期水花形成的基础;水花形成之后会向两侧运动,水花宽度逐渐增加,水花高度则是先增大后减小;中心液膜厚度随着时间的推进而不断减小。(2)液滴撞击液膜初期压力场与We数有关:随着We数的增加,壁面处的压力越大;We数还与水花的生成有关,当We数较小时,液滴撞击液膜初期不产生射流撞之后也不形成水花;另外,We数的增加也会使水花高度增加;两相粘度比的减小会使得水花生成时间推后,抑制水花的生成;射流强度随着无量纲液膜厚度的增大而减弱;液膜厚度还对生成水花的形态有影响,液膜厚度越大,水花与水平方向的倾斜角越小,但水花厚度越大。(3)卷吸现象的产生是由于液滴下落至液膜过程中,两者之间的气体被压缩形成新月形气膜,液滴与液膜发生形变产生凹陷;液滴继续下落过程中,当气膜中间部分气体还未从两端逃逸出去而液滴与液膜两端已融合时,卷吸现象产生;卷吸气膜产生后在表面张力和流体剪切力的作用下聚拢并从中间断裂形成卷吸气泡;液膜厚度对卷吸现象是否产生影响较小,但对卷吸气膜和卷吸气泡形成的时间有一定影响,气泡运动强度也越小;Bo数对卷吸气膜的形成影响较小,但对卷吸气泡的形成影响较大。利用课题组现有器材搭建了液滴撞击液膜实验观测平台,选取初始高度和液膜厚度两个变量进行实验研究,分析了不同撞击参数下的界面形态变化,主要结论有:冠状水花产生的主要影响因素是初始高度;本实验中,当初始高度为40mm时不产生水花,而当初始高度为135mm和230mm是均产生冠状水花;冠状水花产生的情形下,水花上升的时间和最大高度均会随着初始高度的增加而增加;液膜厚度不影响冠状水花的生成,但对于水花形成和坍塌的时间有影响:随着液膜厚度的增加,水花形成和坍塌的时间推后。