液滴碰撞固体壁面的铺展特征研究.pdf

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1、2011年7月润滑与密封July2011第36卷第7期LUBRICATIONENGINEERINGVo1．36No．7DOI：10．3969／j．issn．0254—0150．2011．07．003液滴碰撞固体壁面的铺展特征研究隋涛蒋亮汪家道陈大融(清华大学摩擦学国家重点实验室北京100084)摘要：利用数值计算和实验观察相结合的方法研究液滴与水平固体壁面碰撞后的铺展过程，讨论液滴在铺展的各个阶段的压力分布特性和速度分布特性。数值计算结果表明液滴与固体壁面的接触角、液滴半径大小、液滴黏度、冲击速度等因素对铺展过程中液滴的最大铺展半径和最大反弹高度有影响。数值结算

2、结果与实验观察结果一致。关键词：液滴碰撞；VOF模型；数值模拟；高速摄像中图分类号：TG356．16文献标识码：A文章编号：0254—0150(2011)7—009—5TheSpreadingProcessofDropletImpactingonFlatSolidSurfaceSuiTaoJiangLiangWangJiadaoChenDarong(StateKeyLaboratoryofTribology，TsinghnaUniversity，Beijing100084，China)Abstract：Theprocessthatthedropimpactson

3、thesolidwallwasinrestigatedbynumericalsimulationandexperimentalobservation．Thewholeprocesswasdividedintofivestageswherethepressuredistributionandvelocitydistributionofthedropwerestudied．Thenumericalresults，whichshowgoodagreementwiththeexperimentalresults，indicatethattheradiusofthedro

4、p，viscosity，andimpactvelocity，aswellasthecontactangle，couldaffectthemaxradiusofthespreadandthemaxreboundheight．Keywords：dropletimpact；VOFmodel；numericalsimulation；highspeedvideo液滴与固体表面的撞击过程是许多工农业生产过前仍有许多细节不能很好地解释。Mao等通过实验程中的常见现象，比如农药喷洒、冷却热表面、内燃研究了多种参数对最大铺展直径和反弹地影响。Rang机油料的喷洒等。液滴撞击固体表

5、面后的行为是由惯等研究了液体黏度对液滴撞击过程的影响。Sikalo—性力、黏性力和表面张力相互作用决定的。液滴撞击deng等使用高速摄像技术对液滴以不同角度撞击固体表面后会铺展、反弹甚至破碎。撞击过程中液滴不同材质的固体表面的相互作用进行了研究。尽管这形状变化依赖很多因素包括液滴自身的性质，如液滴些研究工作从不同的角度研究了液滴与固体表面撞击的大小、表面张力、黏度和密度等，而且还和被撞击后的铺展过程，但是大多仅仅从实验观察到的结果对表面的性质相关，如表面的形貌、表面粗糙度和表面碰撞后液滴的外部形态进行研究，而很少有人对液滴温度等。碰撞后内部流场的变化进行研究。本

6、文作者利用计算研究液滴与壁面碰撞过程常用的方法是理论分机数值计算与高速摄像实验观察相结合的方法对不同析、实验观察和数值模拟。随着研究问题的复杂程度参数下的液滴与壁面碰撞过程做了较系统的研究。逐步提高，纯理论分析的方法无法解决许多工程实际1数值计算问题，而随着高速摄像技术的不断提高以及计算机技采用Fluent软件对液滴碰撞过程进行了数值模术的发展，更多地采用高速摄像机对液滴碰撞过程进拟。行观察研究，以及利用流体力学软件进行数值仿真。1．1计算区域的离散液滴与固体表面撞击是一个复杂的变化过程，目GAMBIT作为FLUENT的前处理软件，用来进行几何建模和网格划分的工

7、作。本文主要考察的是单个基金项目：国家自然科学基金委“创新研究群体”项目液滴与水平壁面碰撞后铺展过程中流场、速度场的变(50721004)；国家自然科学基金项目(56075112)．化，因此计算区域选择为包含一个液滴的流体区域。收稿日期：2011一O1—14作者简介：隋涛(1980一)，男，博士，主要从事超疏水表面形为了简化计算量，计算区域可简化为二维情形进行讨貌效应的研究．E-mail：suit06@mails．tsinghua．edu．an．论。10润滑与密封第36卷1．2计算模型的选择液滴冲击固体表面实验主要由液滴发生装置、固求解液滴与固体壁面碰撞问题的物

8、理模型如下：体壁面、高速