液滴冲击过程动态接触角模型研究

基于计算流体力学(CFD)模拟液滴冲击壁面,对于理解液滴在固体壁面铺展的动力学行为有重要的意义,可以为超疏水结构设计及防除冰涂层开发提供技术支撑,其中的难点在于如何在模型中准确刻画接触线及动态接触角的演化过程.总结了四种典型的动态接触角模型,从理论上分析了其应用范围,借助FLUENT中的UDF功能,将动态接触角模型应用于壁面边界条件.首先对液滴冲击光滑壁面的动力学过程进行了数值模拟研究,通过定量分析液滴形态的各项参数变化并与实验结果对比表明,Seebergh动态接触角模型更适用于模拟低毛细数下液滴的运动,Kistler模型与Jiang模型应用范围更广并且可以较准确地描述高毛细数下液滴的运动.随后基于Kistler动态接触角模型,对液滴在微结构表面的冲击与铺展过程进行了仿真研究,发现应用动态接触角模型会导致液滴内部流场在表面张力起主导作用的阶段内发生变化,并且在平衡状态下液滴接触角的模拟值与理论值相近.

移动接触线及动态接触角数理模型研究综述

Huh-Scriven佯谬表明在连续介质假设下,若固体壁面指定无滑移边界条件将导致移动接触线处速度不连续和力学奇异性。以移动接触线力学奇异性及其消除机制为主线,从微观角度探讨了移动接触线的多尺度特性,综述了湿润过程中动态接触角的数理模型,讨论了仿真过程中针对移动接触线速度的几个处理方法。

烟用接装纸原纸动态接触角体积差与各指标间的关系

动态接触角体积差可更直观地体现烟用接装纸原纸表面对液体的吸收速度,此项指标与吸水性呈正相关,与定量、紧度、平滑度和水分呈负相关。

应用动态接触角评判复合绝缘子憎水性等级的研究

复合绝缘子表面憎水性是影响其耐污性能的重要因素之一,同时也是判断运行中复合绝缘子老化程度的重要指标。对动态接触角理论进行分析,表明表面粗糙度通过影响动态接触角,造成复合绝缘子具有不同憎水性。基于此,利用动态接触角实测不同憎水性等级复合绝缘子样片,然后,利用扫描电镜对不同憎水性等级复合绝缘子表面进行形貌分析。试验结果表明:与静态接触角相比,综合利用前进接触角和后退接触角能客观、精确地对复合绝缘子憎水性等级进行评判;表面粗糙度影响水珠在复合绝缘子表明的浸润和铺张等特性,验证了动态接触角评判复合绝缘子憎水性等级的可行性。

动态湿润与动态接触角研究进展

许多工业生产过程涉及到湿润动力学问题,从20世纪60年代开始得到了广泛的研究,迄今仍有很多问题急待解决.本文将对相关研究和进展作一简要的综述和评介.湿润动力学的实验研究表明:动态接触角与接触线移动速度、液体物性、固体衬底物性和表面性质等诸多因素相关.动态接触角随毛细数Ca的变化方式可分为3个区域,Ca<2×10-6,动态接触角为常数,10-6<Ca<2×10-3,动态接触角随毛细数迅速增加,高于某个临界毛细数(大概在5×10-4<Ca<5×10-3)动态接触角随毛细数平缓单增.受实验技术限制,极低毛细数下(2×10-7<Ca<2×10-6)动态接触角的数据很少,仅有的几个研究表明,该区域下动态接触角有反常现象.动态接触角的理论研究主要包括流体力学滑移模型、前驱膜模型、统计力学模型和分子动力学模拟,各种方法均有其优缺点.

基于时间序列分析的雾滴叶面动态接触角预测与建模

提出了一种基于图像数据采集的时间序列分析与空间趋势面相结合的雾滴叶面动态接触角预测和建模方法。利用CCD数字摄像技术,测定了质量分数为16.08%～82.14%的8种草甘膦助剂(EF8108-B)水溶液液滴在黄瓜叶面上的动态接触角θ。实验结果表明,接触角在0～2 s内急剧下降,2～10 s内下降平缓并渐趋于稳定;各质量分数EF8108-B液滴在黄瓜叶面的接触角没有随着质量分数的增大呈现接触角降幅增加的趋势。采用时间序列分析建立了黄瓜叶片界面2 s内液滴的动态接触角二阶自回归模型AR(2)、动态液滴尺寸滑动平均模型MA(3)以及动态液滴形状指数平滑模型ES(6)。结合趋势面原理,模拟铺展直径Φ、液滴高度H、液滴面积A和液滴体积V在空间上的分布规律,构建出黄瓜叶面动态接触角的三维趋势面模型。数值模拟检验和实验验证结果表明,模型拟合度达到94.72%,具有较高的模拟精度。

动态接触角研究

动态接触角研究是研究流体渗流微观规律的基础,在选择提高采收率的方法及模拟油藏动态试验等方面具有重要意义。国外从分子理论和动力学角度对动态接触角与驱替速率、液体的毛细管数、黏度比之间的关系进行理论研究,实验研究结论为:较低驱替速率时,动态接触角的余弦差与驱替速率呈线性关系;较高驱替速率时,动态接触角的正切与驱替速率的对数呈线性关系;表面活性剂使液-液界面的动态接触角变小,滞后接触角增大;固体表面粗糙度对动态接触角的影响不大。国内目前主要采用实验方法研究动态接触角,根据插板法实验得出中性玻璃片在气／水和气／油系统中前进接触角的余弦与驱替速率呈线性关系;后退接触角的余弦与驱替速率呈两段线性关系,驱替速率高时的斜率比驱替速度低时的斜率大。

动态接触角测定法研究润湿剂对煤尘的润湿性能

利用瑞士Krss公司设计生产的DSA100型光学法液滴形态分析系统测定了水和3种不同浓度的润湿剂与煤的动态接触角,根据液体润湿煤尘的机制,建立了液体润湿煤尘的动力学模型,研究了不同浓度的JFC、SDS和快渗T在煤尘上的润湿动力学行为,研究结果表明:3种润湿剂对煤尘均有较好的润湿效果,对煤尘的润湿能力由强到弱的顺序为JFC、快渗T、SDS,0.20%JFC溶液在2 s时完全润湿,0.3%快渗T溶液在6 s时完全润湿,各溶液在煤尘上润湿的动力学数据与所建立模型拟合的相关系数绝大多数在0.98以上,取得了较好的效果。动态接触角法研究液体润湿煤尘的动力学特性具有快速、准确、操作简单的特点,为研究固体(煤尘)运动过程中的润湿作用,如浮选、喷雾降尘系统等提供理论基础。

基于动态接触角的硅橡胶憎水性表征方法的研究

当硅橡胶受到侵蚀和染污时,由于表面变得粗糙和溶质沉淀,导致接触角测量存在滞后效应,为了更合理表征硅橡胶的憎水性,将动态接触角方法用于硅橡胶憎水性的表征。该方法对材料表面通过注水/抽水的方式获得前进角/后退角。对洁净、浸泡、电晕和表面染污后的室温硫化硅橡胶涂层样本分别使用静态接触角方法、动态接触角方法进行测量。结果发现,浸泡、染污、电晕后的样本两种方法所得结果差别较大,静态接触角测量随机性较大且易受拍照时延的影响,对表面憎水性的表征能力不够,后退角能很好地表征材料的憎水性,后退角越小,则材料表面越容易被浸润。文中同时对浸泡、电晕、染污前后表面的粗糙度增加、溶质沉淀原因进行了分析,理论上解释了接触角测量的滞后效应。笔者的研究对硅橡胶及高分子材料的憎水性研究具有一定参考价值。

动态湿润与动态接触角的实验

利用精密步进电机、高速CCD图像采集系统、立体显微镜,采用液槽法测试硅酮油在玻璃、铝、不锈钢表面上的动态湿润行为。实验结果与前驱膜模型对比表明,无量纲参数λ在玻璃、铝和不锈钢表面上分别取值0.07,0.16和0.35时,二者吻合较好,表明动态接触角不仅是静接触角和毛细数的函数,也和固体表面性质有关。实验同时发现,对于低毛细数下成立的Hoffman-Voinov-Tanner定律(Cazabat推荐适用于Ca 1或θD<10°),直到动态接触角达到70°依然成立,用前驱膜模型可给出合理解释。

粗糙表面上的移动接触线和动态接触角

提出一个粗糙表面上移动接触线和动态接触角的数理模型 :毛细数较低时表观接触线前缘存在极薄的前驱膜 ,表观接触线在“湿”固体表面上移动 ,不同于传统模型中认为表观接触线在“干”固体表面上移动 .在Moffatt角区内部流动解的基础上 ,通过引入接触线特征参数表征表观接触线在前驱膜上的滑移程度 ,导出动态接触角的速度关系 .与不同研究者实验数据对比发现量纲 1特征参数反映固体材料特性和表面特性对动态湿润过程的影响 ,与液相的性质无关 .结合前期提出的滞后张力模型 ,对动态法和静态法测量静接触角产生的差异给出合理解释 .

精确测定表面动态接触角的方法及影响因素

目的研究测定固体表面润湿性的先进技术——动态接触角测试技术。方法对吊片法测定动态接触角的测试原理、影响测试结果的因素等进行了理论分析和实验检验。结果对动态接触角测试影响最大的因素是对样片的尺寸测量,可以通过使用精密的测试仪器来降低测量误差。结合长期的测试经验,对样片的悬挂状态、测试速率、测试循环数等进行了研究分析,对特殊的测试曲线给予了合理的解释。结论测试随机误差和样片的尺寸测量误差是导致接触角测试的最主要因素。

动态接触角的初步分析

应用经典的Moffatt解,通过引入接触线特征参数λ给出接触线上的粘性剪切应力,导出动态接触角和接触线移动速度的关系,尝试解释文献中两种不同测量方法所得静态接触角不一致的现象,理论所揭示的动态接触角和接触线移动速度的关系曲线和以往文献中的曲线形式基本一致,通过和Hoffman试验数据的比较发现,λ与流体性质无关,是表征固壁性质的特征参数,并初步探讨了λ的数理意义。

等离子体改性聚合物表面动力学的动态接触角法研究

详细研究了有关高分子材料的动态接触角．对于未处理高分子材料，其前进接触角都大于后退接触角，有滞后现象主要是由于材料表面化学组成不均匀性引起的．经ＣＦ４／ＣＨ４ 等离子体处理后，使得前进接触角增大而后退接触角变化幅度较小，滞后程度增大是由于表面化学组成不均匀性增大引起的．聚合物薄膜经ＣＦ４／ＣＨ４ 等离子体处理在浸水过程中，表面动力学衰减常数随等离子体处理条件ＣＦ４（％ ）的变化而变化，可将整个浓度区域分为三个区域，这是由于各区域内等离子体作用机制和改性聚合膜的性质不同而引起的．预先经ＣＨ４ 等离子体处理的表面动力学衰减常数普遍小于未经ＣＨ４ 等离子体前处理的表面动力学衰减常数，证实了高度交联的炭阻挡层可在一定程度上阻止表面动力学的运动．

基于动态接触角的固着液滴蒸发过程模拟

针对目前采用分阶段模拟各种蒸发模式的蒸发模型,引入动态接触角实现了固着液滴由恒接触半径蒸发模式(CCR)到恒接触角蒸发模式(CCA)转换的连续模拟,并将模拟结果与实验结果进行比较,应用动态接触角模型模拟了不同初始接触角液滴的蒸发过程。结果表明:当初始接触角较小时,液滴蒸发速率呈线性减小,而当液滴具有较大初始接触角时,液滴的蒸发速率呈非线性减小;在自然蒸发情况下,液滴蒸发稳定时,液滴内部流动由Marangoni对流占据主导作用,而趋于蒸发完全时,自然对流对液滴内部流动的影响逐渐增强,并最终占据主导作用。

基于动态接触角分析的竹纤维表面能表征

针对天然竹纤维粗细不均、变异性大的特点,采用Whihelmy力学法测定了竹纤维的平均润湿周长及动态接触角,利用Owens-Wendt法对11种浸润速率下的纤维表面能、色散及极性分量进行了表征,并借助边际均值研究了测试速率与动态接触角、表面能的关系。结果表明:采用30根纤维的平均润湿周长来估算动态接触角的方法是可行的,其相对误差较小。随着测试速率的增加,动态前进接触角符合先快速增加后逐渐稳定的分子动力学模型,而表面能有非线性减小的趋势。测试速率设置为1～3mm/min较合理,此时测得竹纤维表面能为41.71～43.61mN/m。浸润速率在11个水平下测定的动态接触角边际均值可分成7组子集,高浸润速率下测得的纤维接触角比低浸润速率的显著提高。动态接触角和测试速率的相关程度有14.11%由测试液体的协同作用产生。竹纤维表面能与动态前进接触角边际均值呈负相关线性关系。

基于水平集的动态接触角算法及在硅橡胶憎水性检测中的应用

浸泡、染污后硅橡胶由于表面变得粗糙和溶质沉淀导致其接触角测量存在滞后效应,为了更加准确表征其憎水性,提出将动态接触角方法应用于此种情况下硅橡胶憎水性的检测。基于动态接触角法的硅橡胶憎水性测量中接触角计算的工作量大,接触角的自动算法对其研究具有重要意义。研究通过水平集方法获得液滴的边缘,该方法基于偏微分方程,能获得全局最优的液滴边缘,抗干扰能力强,与常规方法不同,本文方法获得的边缘点是按顺序排列的,方便后续处理。此后根据液滴边缘拟合误差的大小选择圆拟合方法或多项式拟合方法拟合水珠边缘,最终获得接触角。将常规边缘检测算子、水平集方法均用于水珠图形边缘的获得,然后计算接触角,结果表明了水平集方法的有效性。将动态接触角方法应用于浸泡后的室温硫化(room temperature vu lcanization,RTV)硅橡胶涂层的憎水性的检测,结果表明动态接触角方法能更加有效表征浸泡后硅橡胶表面的憎水性。

油藏岩石中油水流动性质与动态接触角的相关性

室内岩心驱替实验已确定了了解油藏中流体流动性质的主要步骤。油水相对渗透率或许是岩心驱替实验得到的最普遍的参数，但这些参数只能求助于数学模型中岩石-流体所有相互作用的研究结果才能描述油藏流动现象。岩石的润湿性是对油藏流体流动机理有强烈影响的因素之一，因此，在过去几十年，有大量根据岩心驱替实验推测润湿性的论文。另一方面，传统上认为原油-水-固体体系中观察到的接触角是真实的或通用的度量润湿性的参数。因此，出现了一个明显的问题：根据岩心驱替推测的润湿性与接触角之间有联系吗？根据以前的文献似乎不能得出确定性的回答，原因有二个方面：①Craig广义经验方法虽然可以近似比较，尤其是极端情况下润湿的比较，但不能直接推导出表征润湿性的岩石——流体相互作用的大小；②常规的接触角测量普遍存在一个再现性问题。在其它文献中报导的双滴双晶板（DDDC）技术，似乎解决了接触角测量中再现性这个长期存在的问题。本文的目的是将对差别较大的岩石-流体体系用有再现性的DDDC法检测结果与用油藏和贝雷岩心进行的水驱实验得到的对应油水相对渗透率相比较。共比较了10种不同实验结果。其中有8种岩石-流体体系水驱实验结果与接触角测量结果得出的润湿性类似，而其余两种差别明显。对结果的一致性与差异性进行了解释，重点是弄清岩心分析与油藏流体分布和流动机理之间的重要关系。

复合绝缘子用硅橡胶材料表面动态接触角的研究

选用不同憎水性等级的硅橡胶材料作为试样．用接触角测量系统实时记录液滴在试样表面的动态变化过程，对动态接触角精确测量。考察动态接触角与憎水性等级的对应关系．以及表面粗糙度对动态接触角度的影响。试验结果表明前接触角只能在一定程度上表明憎水性的优劣．但却不能准确判断其处于何种憎水性等级：后接触角大小在HC1～HC4级范围内与憎水性等级存在较好的对应关系．但两者对应的临界值与国标GB／T24622—2009中的推荐值有一定的差别：随着憎水性等级的增加，表面粗糙度将不断增大，其对动态接触角的影响较大．导致同一憎水性等级的动态接触角出现上下波动。

动态接触角与接触线上的应力奇点

应用经典的Moffatt解,通过引入接触线特征参数λ’,给出了接触线上的黏性剪切应力,导出了动态接触角和接触线移动速度的关系,解释了文献中两种不同测量方法所得静态接触角不一致的现象.理论所揭示的动态接触角和接触线移动速度的关系曲线和以往文献中的曲线形式基本一致.通过和Hoffman试验数据的比较发现:λ’与流体性质无关,是表征壁面性质的特征参数.初步探讨了λ’的数理意义.