多相接觸線模型及復(fù)合液滴動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、帶移動(dòng)接觸線的多相流動(dòng)問(wèn)題在生活和生產(chǎn)過(guò)程中具有廣泛應(yīng)用。本文發(fā)展了帶移動(dòng)接觸線三相流動(dòng)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(yùn)動(dòng)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(kuò)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(dòng)接觸線模型。當(dāng)固體壁面上存在三種流體時(shí)，三種不同的接觸線交匯于一點(diǎn)會(huì)形成四相接觸點(diǎn)。多相幾何移動(dòng)接觸線模型解決了四相接觸點(diǎn)處

2、接觸角階躍問(wèn)題。結(jié)合三相流動(dòng)擴(kuò)散界面模型和Navier-Stokes求解器，能夠模擬帶移動(dòng)接觸線的三相流動(dòng)問(wèn)題。通過(guò)模擬二維復(fù)合液滴在平板上的鋪展問(wèn)題，將數(shù)值模擬結(jié)果與解析解的對(duì)比，驗(yàn)證了模型的準(zhǔn)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(dòng)問(wèn)題和液滴吞噬等具有復(fù)雜多相界面的流動(dòng)問(wèn)題。
　　(2)數(shù)值模擬了剪切流動(dòng)中Janus形復(fù)合液滴運(yùn)動(dòng)，探討了界面變形和剪切力對(duì)復(fù)合液滴轉(zhuǎn)動(dòng)角速度的影響機(jī)制。數(shù)值結(jié)

3、果顯示，復(fù)合液滴運(yùn)動(dòng)可劃分成破碎模態(tài)，拉伸模態(tài)和旋轉(zhuǎn)模態(tài)。通過(guò)對(duì)組分液滴質(zhì)心之間距離，三相點(diǎn)之間距離，變形參數(shù)等量隨時(shí)間變化分析，對(duì)各個(gè)模態(tài)進(jìn)行了定量表征。發(fā)現(xiàn)了界面變形和轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)速度，在Ca數(shù)較小時(shí)，平均轉(zhuǎn)動(dòng)速度主要由剪切力主導(dǎo)，在Ca數(shù)較大時(shí)，平均轉(zhuǎn)動(dòng)速度主要由液滴變形主導(dǎo)。
　　(3)對(duì)平板上復(fù)合液滴構(gòu)型及不同構(gòu)型之間轉(zhuǎn)化機(jī)理

4、進(jìn)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(gè)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(jī)制，一種是界面發(fā)生拓?fù)鋷缀巫兓呐R界幾何條件，另一種是能量最小化條件。此外，還對(duì)典型的構(gòu)型轉(zhuǎn)化動(dòng)力學(xué)過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬研究，揭示了表面張力波和慣性作用對(duì)轉(zhuǎn)化過(guò)程中接觸線運(yùn)動(dòng)的影響。
　　(4)基于多相擴(kuò)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(lái)區(qū)分不同的氣泡，用加權(quán)