液滴形貌方程的能量描述

基于可动边界条件下的能量变分法,本文给出了一种关于任意液滴形貌的新的分析方法,推导出了液滴形貌的控制方程(Laplace方程)以及相应的横截性条件(Young方程).当液滴的尺寸远小于毛细长度时,这些方程退化为球缺形液滴的控制方程.通过求解液滴的形貌方程,发现液滴的形貌具有很强的尺寸效应,即液滴的体积越小,其形状越接近于球缺;体积越大则其形状越来越远离于球缺.这些分析结果对于微型传感器、超疏水表面、微流体器件等工业应用具有一定的参考价值,同时也可以对于我们加深可动边界条件以及液滴表面浸润性质的进一步理解.

无重力下水滴在两纤维间的形貌特征分析

运用最小自由能原理,数值计算了液滴在2个平行圆柱形纤维上的润湿行为.计算结果发现液滴的形貌取决于液滴体积大小和纤维之间的距离.当纤维的间距小于临界距离时,液滴为柱状形貌.当纤维的间距大于临界距离时,液滴为桶状液滴或者液滴桥,这取决于临界体积:当液滴体积大于临界体积时,液滴为桶状液滴平衡形貌;当液滴体积小于临界体积时,液滴为液滴桥形貌.该研究可用于了解纺织产品,例如运动服、卫生免洗材料和医疗产品中纤维的润湿和芯吸行为.

无重力下油颗粒在纤维表面的形貌特征分析

考虑到液滴在纤维上的附着形态是滤网运行压降的重要影响因素,为探究油颗粒在纤维上的附着形貌,采用数学模型和数值模拟方法,对液滴附着形貌的几何特征参数进行预测计算.基于平面弯曲思路提出了蛤壳状数学模型,并采用有限元软件对蛤壳状数学模型和现有的梭状数学模型的精度进行验证.通过有限元软件和数学模型计算获得蛤壳状和梭状2种附着形貌的分界以及无量纲液滴体积和接触角对附着形貌几何特征的影响.结果表明,随着接触角的增加,液滴在一定直径的纤维上形成梭状所需的体积呈指数增加;在接触角θ>10°和无量纲液滴体积不大于3时,蛤壳状数学模型的计算误差小于10%;接触角减小时润湿长度和自由表面增加,纤维和油颗粒的碰撞和接触几率增加;无量纲体积越小的液滴演变成液桥或液膜的几率越小.

基于混合热格子Boltzmann方法的荷电液滴蒸发特性研究

本文采用混合热格子Boltzmann方法并耦合漏电介质模型,研究了电场作用下液滴在热壁面上的蒸发特性。结果表明,外加电场会对液滴的形貌、内部流动及传热产生影响。液滴在电场力作用下会沿着电场方向被拉长,液滴接触角变小,液滴内部形成与Marangoni流动方向一致的一对涡流。对于所有液滴,加热壁面向液滴传递的平均热流密度与液滴的接触线密度成线性关系,电场是通过改变液滴接触线密度(CLD)来影响液滴的蒸发传热。