Oldroyd-B黏弹性液滴撞击弯曲壁面的数值研究

液滴撞击弯曲壁面现象广泛存在于冶金、化工和航空航天等领域, 在某些场景下, 液滴混入高分子聚合物后会表现黏弹性特性, 为了进一步认识液滴黏弹性对撞击弯曲壁面的影响, 对黏弹性液滴撞击弯曲壁面的过程进行数值模拟研究. 研究基于相场方法和格子玻尔兹曼(LBM)方法, 采用应力场分布函数求解Oldroyd-B本构方程, 并施加适用于弯曲壁面的接触角模型, 发展了固−液−气三相黏弹性流体模拟方法, 对Oldroyd-B黏弹性液滴撞击弯曲壁面问题进行数值模拟, 主要研究了黏度比$ \beta $、韦伯数We和壁面接触角$ \theta $对撞击过程的影响. 结果表明: 撞击过程主要包括4个阶段: 运动阶段、铺展阶段、拉伸阶段和撕裂阶段.
黏度比$ \beta $越低, 液滴在铺展拉伸阶段动能衰减越慢, 转化的表面能更多, 但更早进入撕裂阶段, 液滴撞击弯曲壁面后, 更容易脱离壁面. 韦伯数We较小时, 液滴主要在壁面处附着或反弹; We较大时, 液滴会撕裂并脱离壁面, We越大, 液滴在铺展拉伸阶段动能衰减越快, 进入撕裂阶段更慢. 壁面的亲疏水性会影响液滴最终的状态, 疏水性越高, 对铺展阶段的阻碍作用越强, 液滴越容易发生撕裂和脱离.