柱面上的润湿转换和液膜演化：数值模拟和理论分析

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1、ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｏｆＣｈｉｎａｙｇｙ博士学位论文＠杜面上的阅谨转换和液膜演化：论文题目．一？？教值棋４以和理於：＃｜作者姓名疏体力？学学科专业高鸡教授、Ｐ去夕女教授导师姓名二〇－Ｍ＋月完成时间中国科学技木大学博士学位论文馨论文题目：柱面上的润湿转换和液膜演化：数值模拟和理论分析作者姓名：学科专业：流体力学导师姓名：高鹏教授陆夕云教授一完成时间：二〇六

2、年十月ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＣｈｉｎａ＇ＡｄｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎｆｏｒｄｏｃｔｏｒｓｄｅｒｅｅｇＮｕｍｅｒｉｃａｌａｎｄｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｉｎｖｅｓｔｉａｔｉｏｎｏｆｗｅｔｔｉｎｇｇｔｒａｎｓｉｔｉｏｎａｎｄｆｉｌｍｅｖｏｌｕｔｉｏｎｏｎｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌｓｕｒｆａｃｅｓ＇ＡｕｔｈｏｒｓＮａｍｅ：ＡｏＬｉｕＳｐｅｃｉａｌｉｔｙ：ＦｌｕｉｄＭｅｃｈａｎｉｃｓｎＧａｏａｎ

3、ｄＸ－Ｓｕｅｒｖｉｓｏｒ：Ｐｒｏｆｓ．ＰｅｇｉＹｕｎＬｕｐＦｉｎｉｓｈｅｄＴｉｍｅ：Ｏｃｔｏｂｅｒ２０１６，中国科学技术大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研宄工作所取得的成果。除己特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或一撰写过的研宄成果。与我同工作的同志对本研宄所做的贡献均已在论文中作了明确的说明。￣＾細签字日期＾６．＂作者签名：：２３中国科学技术大学学位论文授权使用声明一作为申请学位的条件之，学

4、位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入《中国学位论文全文数据库》等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。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。开□保密（年）作者签名：今１細导师签名：°＾／６．（．、＂签字日期：签字日期：１＾〇／＇摘要摘

5、要一一动态润湿是固体壁面上种流体被另外种流体驱替的过程，是界面流体力学领域中关注的重要基础问题，同时在自然界和工业领域中有广泛的应用背景。当接触线“”相对壁面低速运动时，流体界面可以保持稳定的弯月面ｍｅｎｉｓｃｕｓ形状（）；而如果接触线与壁面之间的相对速度超过某一临界值，液面则不能保持稳定，发生所谓的润湿转换ｗｅｔｔｉｎｇｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ，导致在壁面上产生液膜或气膜，并可能伴随出现液滴、（）气泡等现象。本文采用基于扩散界面模型的数值模拟方法和润滑理论，对柱面上的润湿转换现象

6、和液膜演化进行了若干研宄，主要工作及研究成果如下：１。研宄了圆柱从液体中竖直提拉出来时，在圆柱表面发生的润湿转换现象证实（）了圆柱面上的润湿转换现象发生在表观接触角为零时，临界速度随半径的增加而减小：凸。数值研宄发现润湿转换生成的液膜有四种不同的界面模态起液膜模态接触线附近的凸起型液膜通过Ｌａｎｄａｕ－Ｌｅｖｉｃｈ－ＤｅｒａｕｉｎＬＬＤ液膜与（ｊｇ（）弯月面相连、毛细间断模态接触线附近厚液膜通过毛细间断与ＬＬＤ液膜相）（连）、颈口模态（厚液膜通过颈口与弯月面相连）和单调液膜模态（液

7、膜厚度单调变化。随着圆柱半径的增加，凸起型液膜在重力作用下向厚液膜转变，凸起模）态转变为毛细间断模态。通过润滑理论对定常的颈口形态进行分析，得到颈口位置关于驱动速度的分岔曲线，分岔点给出了颈口模态转变为毛细间断模态的临界速度当该临界速度与润湿转换的临界速度相等时，颈口模态消失。；２研宄了毛细管中气体驱替液体的问题。发现毛细管壁上的润湿转换现象对应的（）临界驱动流量随接触角的増加而增加。数值研究结果表明，毛细管中发生润湿转换现象后？，会产生周期性的Ｔａｙｌｏｉ气泡。气泡长度随着驱动

8、流量的增加而增力口，随着接触角的增加而减小。基于对接触线动力学行为的认识，对气泡生成一过程进行了分析，，得到了气泡长度的般表达式与数值结果相符。３研宄了重力作用下竖直圆管中气体驱替液体的问题。发现圆管中的润湿转换（），临界驱动流量随圆管半径的增加而减小现象发生在表观接触角为零时。数值研宄发现润湿转换生成的液膜有两种主要的界面模态：接触线附近的凸起、－Ｌｅｖ－型液膜闭合生成Ｔａｙｌｏｒ气