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1、第卷第期工程热物理学报,年月!!∀#,振荡液滴内部流态林志勇彭晓峰相变与界面传递现象实验室,,北京清华大学摘要在外界来流作用下,液滴在固体表面上呈现周期性振荡特性利用数值方法模拟平板上二维液滴在气流剪切作用下的界面及内部流动特性,重构二维液滴内部流场,着重认识液滴内部速度分布和压力分布关性词振荡液滴内部流动中圈分类号文献标识码文章编号
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4、引言叭厄,为壁面与液滴接触的区域设为壁面总长度3mm),,与空气接触的区域设为壁面2接触角分固体表面液滴振荡现象存在于许多工业生产过.程中液滴振荡的大部分研究集中在不同激发形态别设为10和170整个计算过程接触线不发生移,和相关的形状探讨上对于液滴内部的信息所知甚少事实上,液滴内部流动强化了液滴与周围介质,,的传热传质也引起液滴界面形状的演化导致液滴,的种种变形振荡限于条件实验中要获取液滴,,内部流动信息相当困难目前为止大部分仍采用数值方法得到振荡液滴内部流场
5、、,、已有研究表明【液滴吹风过程中存在左,右振荡和上下振荡两种模式称这种现象为振荡分岔。本文采用数值模拟方法认识二维振荡液滴内部,,流态着重认识了液滴内部流场结构速度和压力分布2物理模型,,模型为二维如图l(a)所示计算区域为20x20,,的矩形坐标原点在壁面中点位置如~,~,。图l(c)液滴界面圆弧中心在原点上如图l(b)进t,nlet口I为速度入口条件与I相对的面Outletule.,为压力出口条件Syetry为对称面与之相对的~收稿:2006-12一15;:200不01一12日期修订日
6、期:o.5063603谷金项目国家自然科学基金资助项目(N0):1,男,福建华安人,美,o.作者简介林志勇(982-)国哥伦比亚大学博士生主要从事BiMEMS及徽传递现象的研究工程热物理学报28卷,,.动不考虑温度变化采用层流模型,计算中采用VOF方法在气相中patch一个液滴,,液滴与平板壁面的接触面恰好是壁面1图.1(b)模,,型采用两相流模型气相空气为连续相液,.相水为离散相分别用下标1和2表示实,,际物理模型为三维如图1(d)采用二维模,:=b,型略去平面内的流动问题突显对称面二二0,,mm内的流动虽
7、然与实际的物理过程存在偏差但.能体现液滴内部流态与界面的主要特征3流动特征3.1液滴内部图2、图3分别为液滴在一个振荡周期内的内,。部流场和压力场计算中采用的参数如表1所示,振荡过程中液滴内部始终存在双涡流场并在液滴.,内部左右移动左边涡流顺时针流动右边涡流逆图3液滴内部静压力场(Pa),.时针流动涡的对称轴上流体由上而下流动在右,,极限位置图2(a)右边涡流相比较左边影响区域,,,表l计算中参数选择要小而当变形到左极限位置图2(c)右边涡流,,反而比左边影响区域要大等到达右极限位置图,.,接触面半径风速表面
8、张力初始接触角2(e)右边又一次小图3表明液滴内部压力分布rUs,()(m/)Nm夕,(/)趋势基本保持不变涡流的中心区域都是局部低压m.50073区,、滞止区(底层中心边角和液滴顶部)都是局部高压区,,右边涡流的低压区域随液滴振荡而变化.,二0.7515’,,,在的一半)的水,(液滴高度ae液滴从右极限图3~)到左极限图3(再到~(),,,,平面沿平面取得液滴内部的流速和静压数据示于右极限图3(e
