液滴碰撞球形壁面過程的數(shù)值研究.pdf

1、液滴碰壁是現(xiàn)實生活中一類常見的現(xiàn)象。如噴涂、油漆、印刷工藝，鑄造過程中金屬冶金工業(yè)、內(nèi)燃機中的蒸發(fā)過程，渦輪葉片冷卻的核反應(yīng)堆堆芯冷卻等等。由于液滴撞擊壁面現(xiàn)象的重要性，使得該現(xiàn)象以后都將受到相關(guān)人員的關(guān)注及研究。
　　本文采用數(shù)值模擬方法，分析了單個液滴撞擊球形固面的動力學(xué)行為。應(yīng)用了CLSVOF(Coupled Level-Set-and-Volume-Of-Fluid)方法追蹤界面。此方法既能保持質(zhì)量守恒又能精確計算界面曲率

2、及其界面法向向量。經(jīng)過模擬發(fā)現(xiàn)，此耦合方法能夠得到平滑的圖像，得到的模擬結(jié)果平滑并且銳利，與實際的圖像很符合。在驗證模型正確性的基礎(chǔ)上，分別研究了液滴低雷諾數(shù)和高雷諾數(shù)撞擊球形固面的情況。主要的研究內(nèi)容如下:
　　針對液滴以低沖擊能量撞擊球形固面的情況。分析了無量綱Re數(shù)、液滴的物性、球形固面的物性對液滴撞擊特性的影響。并定性的分析了這些影響因子對液滴鋪展系數(shù)，無量綱液膜鋪展厚度以及液滴形態(tài)的影響。結(jié)果表明，在本文的研究范圍內(nèi):液

3、滴撞擊球面后，會發(fā)生鋪展、松弛、反彈。隨Re數(shù)的增大鋪展系數(shù)變小，Re數(shù)小的回縮速度快，液膜厚度增加的也快;當(dāng)液滴的速度增大時，鋪展系數(shù)增大，回縮速度也增大;固體球面直徑大的鋪展系數(shù)稍大一些，當(dāng)液滴回縮的過程中，固體球面直徑小的回縮快;液滴的粘度系數(shù)在液滴達到最大鋪展系數(shù)和最大無量綱液膜厚度時的影響較大;表面張力系數(shù)對液滴的鋪展特性幾乎沒有影響，回縮時表面張力系數(shù)大的收縮快。
　　針對液滴以高沖擊能量撞擊球形固面的情況。分析了無量

4、綱Re數(shù)和We數(shù)、液滴的物性、球形固面的物性對液滴撞擊特性的影響。結(jié)果表明:液滴撞擊球面后會發(fā)生鋪展或飛濺。隨Re數(shù)的增大，We數(shù)的減小，液滴的鋪展系數(shù)變小。Re增大時無量綱鋪展厚度鋪展的速度慢，然而We數(shù)增大時，液膜厚度銳減的趨勢大于鋪展系數(shù)增加的趨勢;隨著曲率比的增加，當(dāng)T=1時，液滴的鋪展系數(shù)才有增大的趨勢，而無量綱鋪展液膜厚度的變化幾乎相同;當(dāng)增加液滴直徑或減小液滴速度時，鋪展系數(shù)減小，無量綱液膜鋪展的速度減小;當(dāng)粘度系數(shù)、表面