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相似文献
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1.
胡海豹  何强  余思潇  张招柱  宋东 《物理学报》2016,65(10):104703-104703
采用高速摄像技术测试低温光滑壁面上水滴撞击结冰过程, 分析了撞击速度、壁面温度和材料热导率对水滴撞击铺展、振荡及结冰行为的影响规律. 结果表明, 低温壁面造成水滴最大铺展直径缩小, 且结冰时间随温度降低而缩短; 当撞击We数提高时, 水滴最大铺展直径增大, 而振荡和结冰时间减小; 同时材料热导率越高, 最大铺展直径越小, 结冰越迅速. 另外, 从热力学角度推导出水滴撞击结冰时间的理论公式, 预测误差<5.3%.  相似文献   

2.
液滴碰撞液膜润湿壁面空气夹带数值分析   总被引:1,自引:0,他引:1       下载免费PDF全文
李大树  仇性启  郑志伟 《物理学报》2015,64(22):224704-224704
采用复合水平集-流体体积法并综合考虑传热及接触热阻的作用, 对液滴碰撞液膜润湿壁面空气夹带现象进行了数值分析. 揭示了夹带空气形成机理, 探索了夹带空气特性参数随碰撞速度和液膜厚度的变化规律, 获得了夹带空气作用下液滴碰撞润湿壁面的传热机理. 研究结果表明: 撞壁前气液两相压力差是引起气液相界面拓扑结构变化以及夹带空气形成的主要原因; 液滴碰撞速度与压缩空气层内压力以及相界面形变高度密切相关; 液滴接触液膜时, 碰撞轴上液滴底部和液膜表面速度相等, 大约是碰撞速度的1/2; 碰撞速度对夹带空气层底部到破碎点的无量纲弧长和最大无量纲夹带空气直径均存在较大的影响; 液滴和液膜的无量纲形变高度与斯托克斯数密切相关; 液膜初始厚度对液滴和液膜的无量纲形变高度和最大无量纲夹带空气直径影响较大; 撞壁初始阶段, 碰撞中心区域夹带空气对壁面热流密度分布存在较大的影响.  相似文献   

3.
Tiantian Wang 《中国物理 B》2021,30(11):116801-116801
The interaction of single water droplet impacting on immiscible liquid surface was focused with the temperature varying from 50 ℃ to 210 ℃. The impact behavior is recorded with a high-speed camera running at 2000 frames per second. It is found that droplet diameter, oil temperature, and Weber number have important influences on impact behaviors. Three typical phenomena, including penetration, crater-jet, and crater-jet-secondary jet, were observed. Penetration only occurs when the Weber number is below 105. With Weber number increasing to 302, the jet begins to appear. Moreover, to gain deeper physical insight into the crater formation and jet formation, the energy of droplet impingement onto the liquid pool surface was estimated. The oil temperature has a significant effect on the energy conversion efficiency. High temperature is beneficial to improve energy conversion efficiency.  相似文献   

4.
液滴冲击液膜过程实验研究   总被引:7,自引:0,他引:7       下载免费PDF全文
郭加宏  戴世强  代钦 《物理学报》2010,59(4):2601-2609
实验显示了液滴撞击物体表面液膜后产生水花、发生飞溅,特别是产生“钟形”水花等的流动现象.根据实验结果,探讨了液滴冲击速度、液体黏性、表面张力、液滴直径和液膜厚度等对液滴冲击后产生的流动现象,以及液膜形状演化的影响,分析了观测到的鲜有文献报道的液滴撞击液膜后产生“钟形”水花的现象. 关键词: 液滴 液膜 冲击 流动显示  相似文献   

5.
郭加宏  戴世强  代钦 《中国物理 B》2010,19(4):2601-2609
实验显示了液滴撞击物体表面液膜后产生水花、发生飞溅,特别是产生“钟形”水花等的流动现象.根据实验结果,探讨了液滴冲击速度、液体黏性、表面张力、液滴直径和液膜厚度等对液滴冲击后产生的流动现象,以及液膜形状演化的影响,分析了观测到的鲜有文献报道的液滴撞击液膜后产生“钟形”水花的现象.  相似文献   

6.
液滴撞击固体表面铺展特性的实验研究   总被引:7,自引:0,他引:7       下载免费PDF全文
毕菲菲  郭亚丽  沈胜强  陈觉先  李熠桥 《物理学报》2012,61(18):184702-184702
利用高速摄影仪记录了不同液滴撞击固体表面的形态变化过程, 并探讨了液滴撞击参数对撞击过程液滴形态的影响. 结果表明: 液滴黏度对液滴铺展过程起着决定性作用, 液滴表面张力对液滴铺展后的回缩起到主导作用, 两者的共同作用决定着液滴的震荡特性; 撞击速度的提高会增大液滴的最大铺展因子, 但达到最大铺展的时间因表面张力的不同呈现不同变化规律.  相似文献   

7.
周剑宏  童宝宏  王伟  苏家磊 《物理学报》2018,67(11):114701-114701
旋转工作的机械零部件和机械设备的润滑系统工作过程中普遍存在着油滴和油膜的碰撞行为,这一行为易引起气泡夹带现象.气泡将对油滴撞击油膜时的运动过程和附壁油膜层的形成质量造成不可忽视的影响.基于耦合的水平集-体积分数方法,对油滴撞击含气泡油膜的行为进行数值模拟研究,考察油膜层内气泡的变形运动过程,分析气泡大小和位置等因素对撞击过程中气泡变形特征参数的影响规律,并探讨气泡破裂的动力学机制.研究表明,随着气泡直径的增大,油滴撞击含气泡油膜后气泡会依次出现自由表面破裂、稳定变形以及油膜内部破裂等现象;直径d=20μm的气泡能较稳定地存在于油膜层内,同时该值也是气泡发生自由表面破裂和油膜内部破裂的临界值.此外,气泡所在位置同样对气泡变形历程有一定影响,气泡越接近油膜表面,其变形量越大;位于油膜底层的气泡会附着在壁面上.在自由表面破裂和油膜内部破裂过程中,气泡破裂是由气-液界面不稳定引起的,表面张力对这两种现象起重要作用;而黏性剪切力对油膜内部破裂现象也有着不可忽视的影响.  相似文献   

8.
本文对传统的光滑粒子动力学方法进行了改进.改进的光滑粒子动力学方法对传统粒子方法中的核梯度进行了修正,采用了一种新型的耦合边界条件,添加了表面张力和人工应力的计算程序.应用改进的光滑粒子动力学方法对液滴冲击液膜问题进行了数值模拟.得到了不同时刻液滴内部的压力变化特征,精细地捕捉了不同时刻的自由面,从机理上分析了液滴产生飞溅的条件,探讨了韦伯数,表面张力对液滴冲击液膜问题的影响.计算结果表明,改进光滑粒子动力学方法能够有效地描述液滴冲击液膜的动力学特性和自由表面变化特征,能够得到稳定精度的结果.  相似文献   

9.
液滴撞击加热壁面传热实验研究   总被引:4,自引:0,他引:4       下载免费PDF全文
沈胜强  张洁珊  梁刚涛 《物理学报》2015,64(13):134704-134704
本文采用高速摄像仪对水滴和乙醇液滴撞击加热壁面后的蒸发过程进行了实验观测, 分析了液滴撞击加热壁面后的蒸发特性参数. 实验中, 两种液体初始温度均为20 ℃, 不锈钢壁面初始温度范围为68-126℃. 水滴初始直径为2.07 mm, 撞击壁面时Weber 数为2-44; 乙醇液滴初始直径为1.64 mm, Weber数为3-88. 结果表明, 液滴受到重力、表面张力及流动性的影响, 在蒸发过程的大部分时间内, 水滴高度持续降低而接触直径几乎不变; 蒸发后期, 液滴发生回缩, 水滴的接触直径、高度和接触角出现振荡现象. 乙醇液滴的接触角随时间的增加呈现先减小随后保持不变的趋势, 而接触直径和高度则持续减小, 直到液滴完全蒸发. 液滴蒸发总时长与液体物性和壁面温度有关, 随壁面温度的升高而减小, 与液滴撞击壁面时的Weber 数无关. 同时, 随着壁面温度的升高, 液滴显热部分占总换热量的比重增大, 显热部分能量不可忽略, 本文实验条件下得到水滴的平均热流密度为0.014-0.110 W·mm-2.  相似文献   

10.
The suspension characteristics of water droplet in oil were investigated under ultrasonic standing waves with high-speed photography in this paper. Firstly, the suspension position of droplet was predicted by theoretical derivation. The motion trajectory of droplet was captured and a kinetic analysis was applied to characterize the suspension position of droplet. The effects of droplet size, acoustic pressure, frequency, as well as density ratio of water and oil on the suspension position of droplet were analyzed in details. It was proved that the droplet size had little effect on the suspension position at different frequencies. The suspension zone approached minimum at 39.4 kHz, and the suspension position of droplet was insensitive to acoustic pressure amplitude and density ratio at this frequency. These would be advantageous to maintain the stability of droplet banding and shorten the width of banding. In addition, it was proved that the suspension position of droplet is approximately linear with the density ratio at different frequencies.  相似文献   

11.
液滴在梯度微结构表面上的铺展动力学分析   总被引:1,自引:0,他引:1       下载免费PDF全文
林林  袁儒强  张欣欣  王晓东 《物理学报》2015,64(15):154705-154705
本文通过改变肋柱宽度和间距, 构造了二级和多级梯度微结构表面, 采用格子-Boltzmann方法对液滴在两种梯度表面上的铺展过程进行了研究, 探析液滴运动的机理和调控方法. 结果表明, 在改变肋柱间距的二级梯度表面上, 当液滴处于Cassie态时, 接触角滞后大小与粗糙度梯度成正比关系; 当液滴从Cassie态转换为Wenzel态或介于两者之间的不稳定态时, 这一正比关系不再遵循. 在改变肋柱宽度的二级梯度表面上, 接触角滞后大小与粗糙度梯度始终成正比关系. 在多级梯度表面上, 随液滴初始半径增大, 接触角滞后减小, 但液滴平衡位置相较于初始位置偏离增大. 对梯度微结构表面上液滴运动和接触角滞后的定量分析, 可为实现梯度微结构表面液滴运动调控提供理论依据.  相似文献   

12.
《中国物理 B》2021,30(5):54703-054703
Partial coalescence is a complicated flow phenomenon. In the present study, the coalescence process is simulated with the volume of fluid(VOF) method. The numerical results reveal that a downward high-velocity region plays a significant role in partial coalescence. The high-velocity region pulls the droplet downward continuously which is an important factor for the droplet turning into a prolate shape and the final pinch-off. The shift from partial coalescence to full coalescence is explained based on the droplet shape before the pinch-off. With the droplet impact velocity increasing, the droplet shape will get close to a sphere before the pinch-off. When the shape gets close enough to a sphere, the partial coalescence shifts to full coalescence. The effect of film thickness on the coalescence process is also investigated. With large film thickness,partial coalescence happens, while with small film thickness, full coalescence happens. In addition, the results indicate that the critical droplet impact velocity increases with the increase of surface tension coefficient but decreases with the increase of viscosity and initial droplet diameter. And there is a maximum critical Weber number with the increase of surface tension coefficient and initial droplet diameter.  相似文献   

13.
孙震海  韩瑞津 《中国物理 B》2008,17(9):3185-3188
This paper presents a computational fluid dynamics approach for micro droplet impacting on a flat dry surface. A two-phase flow approach is employed using FLUENT VOF multiphase model to calculate the flow distributions upon impact. The contact line velocity is tracked to calculate the dynamic contact angle through user defined function program. The study showed that the treatment of contact line velocity is crucial for the accurate prediction of droplet impacting on poor wettability surfaces. On the other hand, it has much less influence on the simulation of droplet impacting on good wettability surfaces. Good fit between simulation results and experimental data is obtained using this model.  相似文献   

14.
小液滴撞击壁面现象在喷雾冷却等领域都有广泛应用.为研究小液滴(微米)撞击热壁面(非沸腾区)传热过程,建立了二维液滴撞壁瞬态模型,并采用相场方法对小液滴换热过程中对流热通量和导热热通量的大小进行了对比.研究结果表明:液滴撞击壁面初期形成冷斑,有利于小液滴与壁面的传热;小液滴撞击壁面过程中热通量峰值存在于三相接触点附近...  相似文献   

15.
Ultrasonic-assisted metal droplet deposition (UAMDD) is currently considered a promising technology in droplet-based 3D printing due to its capability to change the wetting and spreading behaviors at the droplet-substrate interface. However, the involved contact dynamics during impacting droplet deposition, particularly the complex physical interaction and metallurgical reaction of induced wetting-spreading-solidification by the external energy, remain unclear to date, which hinders the quantitative prediction and regulation of the microstructures and bonding property of the UAMDD bumps. Here, the wettability of the impacting metal droplet ejected by a piezoelectric micro-jet device (PMJD) on non-wetting and wetting ultrasonic vibration substrates is studied, and the corresponding spreading diameter, contact angle, and bonding strength are also discussed. For the non-wetting substrate, the wettability of the droplet can be significantly increased due to the extrusion of the vibration substrate and the momentum transfer layer at the droplet-substrate interface. And the wettability of the droplet on a wetting substrate is increased at a lower vibration amplitude, which is driven by the momentum transfer layer and the capillary waves at the liquid–vapor interface. Moreover, the effects of the ultrasonic amplitude on the droplet spreading are studied under the resonant frequency of 18.2–18.4 kHz. Compared to deposit droplets on a static substrate, such UAMDD has 31% and 2.1% increments in the spreading diameters for the non-wetting and wetting systems, and the corresponding adhesion tangential forces are increased by 3.85 and 5.59 times.  相似文献   

16.
液滴撞击液膜过程的格子Boltzmann方法模拟   总被引:2,自引:0,他引:2       下载免费PDF全文
黄虎  洪宁  梁宏  施保昌  柴振华 《物理学报》2016,65(8):84702-084702
本文采用格子Boltzmann方法对液滴撞击液膜过程进行了研究, 主要考察了雷诺数(Re)、韦伯数(We)、相对液膜厚度 (h) 以及表面张力 (σ) 等物理参数对界面运动过程的影响. 首先, 随着Re数和We数的增加, 可以明显观察到液滴撞击液膜过程中形成的皇冠状水花以及卷吸现象; 当Re数较大时, 液体会发生飞溅, 由液体飞溅形成的小液滴则会继续下落, 并与液膜再次发生碰撞. 其次, 当相对液膜厚度较小时, 液滴撞击液膜并最终导致液膜断裂; 然而随着相对液膜厚度的增大, 尽管撞击过程溅起的液体会越来越多, 但是液膜并不会发生断裂. 再次, 随着表面张力的增大, 界面变形阻力增大, 撞击过程中产生的界面形变也逐渐减弱. 最后还发现皇冠(由液滴溅起形成)半径r 随时间满足r/(2R) ≈ α√Ut/(2R), 这一结果与已有结论是一致的.  相似文献   

17.
在均匀液滴氧发生器的研究过程中,液滴的形成是关键技术。利用压电换能器对液流施加扰动,初始扰动沿液流表面呈指数增长,直到将液流夹断生成液滴。通过理论分析,发现在影响液流表面增长率的诸多参数中,碱性过氧化氢溶液(BHP)表面张力的增加和液体分配板板孔直径的减小能够增大扰动增长率,其他参数的改变对增长率的影响非常小。通过分析还发现,BHP液体的喷射流速不同,要取得最大增长率的外界扰动频率也随之变化,外界施加扰动的频率随液流喷射流速的增大而增大。这些结果为均匀液滴氧发生器的实验研究提供有力的参考依据。  相似文献   

18.
均匀液滴氧发生器液流破断的线性分析   总被引:1,自引:1,他引:0  
 在均匀液滴氧发生器的研究过程中,液滴的形成是关键技术。利用压电换能器对液流施加扰动,初始扰动沿液流表面呈指数增长,直到将液流夹断生成液滴。通过理论分析,发现在影响液流表面增长率的诸多参数中,碱性过氧化氢溶液(BHP)表面张力的增加和液体分配板板孔直径的减小能够增大扰动增长率,其他参数的改变对增长率的影响非常小。通过分析还发现,BHP液体的喷射流速不同,要取得最大增长率的外界扰动频率也随之变化,外界施加扰动的频率随液流喷射流速的增大而增大。这些结果为均匀液滴氧发生器的实验研究提供有力的参考依据。  相似文献   

19.
液滴溅落问题的光滑粒子动力学模拟   总被引:1,自引:0,他引:1       下载免费PDF全文
马理强  常建忠  刘汉涛  刘谋斌 《物理学报》2012,61(5):54701-054701
对传统的光滑粒子动力学方法进行了改进, 改进的光滑粒子动力学方法对传统粒子方法中的核近似式和粒子近似式进行了修正, 采用Riemann 算法求解光滑粒子动力学流体控制方程, 添加了表面张力的计算程序, 考虑了表面张力对液滴溅落的影响. 应用改进的光滑粒子动力学方法对液滴静止状态下冲击液面的飞溅过程进行了数值模拟. 计算结果表明, 改进的光滑粒子动力学方法能够有效地描述液滴溅落液面的动力学特性和自由表面变化特征, 能够得到稳定精度的结果.  相似文献   

20.
袁圆  叶超  黄宏伟  施国峰  宁兆元 《中国物理 B》2010,19(6):65205-065205
Structure properties of silicone oil serving as a liquid substrate exposed to Ar plasma are investigated in this paper. Under the action of energetic Ar ions, the surface of silicone oil liquid substrate exhibits a branch-like fractal aggregation structure, which is related to the structure evolution of silicone oil liquid from Si--O chain to Si--O network. The radicals from the dissociation of silicone oil molecule into the Ar plasma turns the plasma into a reactive environment. Therefore, the structural evolution of silicone oil liquid substrate and the reactive radicals in the plasma space become possible factors to affect the aggregation of nanoparticles and also the structures and the compositions of nanoparticles.  相似文献   

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