液体弹珠碰撞固着液滴的影响因素及动力学分析

液体弹珠具有不润湿/不黏附,以及与外界进行选择性物质交换等特性,可以作为微量液滴承载体,广泛运用于微流控、化学/生物微反应器等新兴领域.碰撞可作为弹珠进行物质传递的一种操控方法,区别于液滴-液滴或弹珠-弹珠的碰撞,弹珠与液滴的碰撞行为更为丰富与复杂,对其的研究可为以弹珠为媒介的物质的有效传递奠定理论基础.本文利用高速摄像机拍摄技术,捕捉了液体弹珠与固着液滴碰撞过程,探究了不同奥内佐格数(Oh)以及壁面亲/疏水性(接触角:q为35.4°-124.5°)下弹珠与液滴之间的碰撞过程.结果表明:在亲水壁面时,以翻越的形式与液滴结束碰撞;当改用疏水壁面后,以回弹行为取代翻越;当壁面疏水性提高接触角达到q=124.5°时,有效碰撞面积增大,碰撞后在界面产生的波动使弹珠表面的颗粒迁移,出现裸露区域,形成液桥后快速完成聚结-合并(聚并).弹珠与固着液滴碰撞后,会出现三种运动行为即翻越、回弹以及聚并.

基于动态接触角对固着液滴蒸发过程影响因素的模拟分析

在综合了动态接触角模型、液滴蒸发冷却效应、空气域的水蒸气扩散及Marangoni效应影响的情况下,使用二维轴对称模型对水平基板上固着液滴的蒸发过程进行了研究,分析了环境因素、基板性质及液滴的热物理性质对液滴蒸发的影响。结果表明:Marangoni流动在液滴蒸发过程中占据主导作用;随着液滴蒸发,液滴内部流速逐渐减小,温度逐渐升高,液滴表面蒸发通量逐渐增大;由于楔形效应,液滴蒸发初期接触线处蒸发通量较小,后期楔形效应消失,该处蒸发通量达到最大值;环境因素也会对液滴蒸发产生影响,相对湿度增大会抑制液滴蒸发,温度升高会促进液滴蒸发;基板过热度增大能显著提高液滴的蒸发速率,而液滴的初始接触角和后退接触角的减小均会提高液滴蒸发速率;通过改变液滴导热系数判断普朗特数(Pr)对液滴蒸发的影响,发现Pr增大会略微降低液滴的蒸发速率。

固着液滴的流固耦合模态仿真分析

为解决固着液滴仿真模态分析的建模与求解问题,开展了基于流固耦合作用下的固着液滴有限元建模仿真及对比分析。采用流固耦合分离建模方法,将流体的表面张力等效成类薄膜结构,建立了固着液滴的有限元仿真模型,给定已知的结构约束和耦合,模拟实际工况条件。同时对固有频率、特征振型和质心最大改变量的理论计算值和仿真值进行分析比较。结果表明:固着液滴2~5阶的仿真固有频率均大于根据Rayleigh理论计算得到的结果,与现有文献的理论证明结果相符;有限元仿真得到的固着液滴四阶振型谱图与现有文献得到的实验振型谱吻合;液滴质心振动最大位移仿真值与理论计算值的相对误差不超过25%。

固着液滴蒸发研究进展及展望

固着液滴是指附着于壁面上的液滴,其蒸发行为及传热传质特性是喷雾冷却、喷墨打印等相变传热传质领域的基础问题之一。重点针对固着液滴蒸发过程所涉及的自身形态演变规律、气液固三相耦合传热/传质/流动特性进行了综述。结合毫微尺度固着液滴基本蒸发模式、热质传递形式、气液两相流动特征和界面输运行为,分析了液滴性质、壁面条件、气相环境条件等关键因素对固着液滴蒸发过程的内在作用机制和影响规律,提出了微纳尺度固着液滴(群)热质传递过程与机理的相关研究展望。

CaSO_(4)液滴在超疏水表面上的蒸发结晶特性研究

目的在铝基底上制备稳定的超疏水表面,研究其表面上硫酸钙液滴的蒸发结晶特性。方法通过简单的化学刻蚀法制备了一种超疏水表面,基于温湿度可控的可视化平台开展固着硫酸钙液滴的蒸发过程实验研究。同时,基于温度和相对湿度,开发了多变量拟合二次回归模型来描述其对液滴蒸发速率的影响。结果基底温度为40、50、60℃时,硫酸钙液滴和纯水液滴在亲水铝片表面上的蒸发模式均表现为CCR模式,在超疏水铝片表面上均表现为CCA模式。在超疏水铝片表面,纯水液滴与硫酸钙液滴的蒸发模式略有不同:在蒸发后期,硫酸钙液滴边缘盐分增加,在重力和Marangoni效应作用下,外部逐渐形成盐壳,接触半径呈上升趋势,说明超疏水表面不利于盐滴的钉扎。当蒸发速率较低时,在外部更容易形成盐壳,一旦外部形成盐壳,蒸发机制即发生了变化,液滴内部水分子需要克服盐壳内外的压差,并通过盐壳扩散进一步蒸发。结论通过固着液滴实验验证了硫酸钙液滴的蒸发模式与基底温度无关,而与基底的润湿性有关,并且液滴的蒸发速率随着相对湿度的降低和温度的升高而增大。通过R^(2)=0.9937的多变量拟合二次回归模型,对影响液滴蒸发的因素进行了方差分析,结果表明:在超疏水表面上温度和相对湿度对硫酸钙液滴的蒸发速率均有显著影响。研究成果为矿井水的资源化利用提供了有效的理论支撑。

固着纯组分液滴蒸发的研究综述

本文对固着纯组分液滴的蒸发研究现状进行了综合评述。介绍了固着液滴蒸发的恒接触半径模式、恒接触角模式及混合模式,分析了完全润湿和部分润湿两种固着液滴的蒸发过程及其特点,系统讨论固着液滴的蒸发动力学理论规律,并对固着液滴蒸发的实验研究进行了简要介绍。

接触角理论模型与测量方法

润湿性是表征液体和固体之间相互作用的重要参数之一,表征材料润湿性最常用的方法是测量液固接触角。采用合适的方法来获得准确的表面润湿性数据非常重要。本文介绍了接触角理论模型从初步建立到逐步完善的发展历程以及测量接触角的几种重要方法。对于这些测量方法的适用范围、影响因素以及优化方法也进行了介绍。