液滴撞击液膜及固壁的多相耦合问题研究

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1、中图分类号：V211.3论文编号：102870118-S010学科分类号：080103硕士学位论文液滴撞击液膜及固壁的多相耦合问题研究研究生姓名刘琛学科、专业流体力学研究方向计算流体力学指导教师吴杰教授南京航空航天大学研究生院航空宇航学院二О一八年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAerospaceEngineeringResearchontheMultiphaseCouplingProblemsofDropletImpacttoLi

2、quidFilmandSolidSurfaceAThesisinFluidMechanicsbyLiuChenAdvisedbyProf.WuJieSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2018承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而

3、使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要现有液滴撞击的多相流问题多局限于液滴垂直下落的情况，往往忽略重力作用。而本文中，二维单（双）液滴初始放置于液膜或固壁面之上，给定初始水平速度受重力作用下落。为了求解该问题，本文选用了一种混合相场格子玻尔兹曼法。该方法中，使用格子玻尔兹曼法来求解流场，通过直接求解Cahn-Hilliard方程来追踪多相流的交界面。固定

4、液滴与周围流体的密度比**和粘度比（μ），探究了韦伯数（We）、邦德数（Bo）和撞击基质特性（无量纲液膜厚度H及接触角滞后范围θR≤θ≤θA）对液滴撞击的影响。由单液滴撞击液膜所得结果可知，当We增大，能够产生更高的右侧溅起，但其对左侧溅*起具有相反的影响。低Bo将会导致较小的溅起结构。并存在临界值H，当液膜厚度小于该值，**右侧溅起高度将会随着H的增加而增大，否则其将会随着H的增加而降低。分析单液滴撞击固壁的现象发现，We的增加将增大液滴最大拉伸长度，但对液滴最终形态的影响不大。而液滴的稳定铺展长度随Bo增加，相应左右侧接触角减小。另一方面，

5、非均匀固壁面的θA越大，液滴的铺展速度越慢；θR越大则导致稳定铺展长度的增加和对应左右接触角的减小。将双液滴的撞击结果与单液滴进行对比，发现双液滴相继撞击液膜后右侧溅起为羊角结构，并且最终溅起结构的高度越高，延展长度也越大；而双液滴相继撞击固壁时，液滴水平稳定铺展长度将增大，但对左右侧接触角的影响不大。另外，可以考虑使用节点间断有限元-格子玻尔兹曼法进行更多液滴撞击问题的求解。关键词：液滴，相场格子玻尔兹曼法，韦伯数，邦德数，液膜厚度，接触角滞后范围I液滴撞击液膜及固壁的多相耦合问题研究ABSTRACTTheexistingstudiesofm

6、ultiphaseflowofdropletimpactaremorelimitedtotheverticalimpactprocesseswiththeinfluenceofgravityisusuallyneglected.However,inthiswork,single(double)two-dimensionaldroplet(droplets)is(are)initiallyplacedabovealiquidfilmorasolidsurfaceandfalls(fall)freelyundergravitywithagivenh

7、orizontalvelocity.Tosolvethisproblem,ahybridmethodischosen,inwhichtheflowfieldissolvedbyusingthelatticeBoltzmannmethodandtheinterfaceiscapturedbysolvingtheCahn-Hilliardequationdirectly.Atafixedvalueofdensityratio**(ρ)orviscosityratio(μ)ofdroplettoambientfluid,theeffectsofWeb

8、ernumber(We),Bondnumber*(Bo)andpropertiesofimpactsubstrate(dimensionlessliq