动态喷墨液滴两相流模拟（英文）

采用数值模拟方法研究了在平坦固体表面润湿时喷墨液滴的产生过程,以确定出发生液滴的关键.在考虑了表面张力和壁粘连的基础上,利用两相流之流体体积方法(VOF)建立了一个计算流体动力学模型来模拟湿平坦的固体表面上液滴过程.结果表明:基于VOF模型能够模拟润湿固体表面上液滴产生的动态,能够反映动态液滴与润湿固体表面间的相互作用和主要特征.这一模拟提高了对流体流动的认识,可以为一个特定的喷墨应用预测优化设计.     

含有机溶剂的水滴在不同固体壁面润湿性的分子动力学

采用分子动力学方法对液滴在固体壁面上的润湿行为进行模拟计算,分析了不同含量溶剂的水滴在硅表面和碳表面的润湿行为,以及液滴在硅表面和碳表面的张力和两者之间相互作用能。结果表明:随着液滴中有机溶剂质量分数的增大,液体的表面张力随之减小,液滴与固体壁面之间的相互作用能增加,接触角随之减小;改变固体表面材料也可改变液滴与固体壁面之间的作用能,亲水表面上液滴与固体壁面之间的相互作用能较大,固体表面对液滴的吸引力较强,使得液滴在表面上的接触角减小,液滴在固体表面的润湿性能液滴增强。温度升高导致表面张力减小,但表面张力变化较小,因此接触角几乎不变。     

液滴在非均匀润湿表面上的动力行为

用一种改进的格子Boltzmann方法(LBM)两相流模型模拟了三维液滴在非均匀润湿表面上的动力学行为.该模型在数值精度和稳定性上都有很大改善.在几种不同的非均匀润湿表面上,分析了液滴的铺展行为和运动过程.通过对液滴分裂过程中速度场的分析,阐明了液滴在润湿梯度作用下的运动和分裂机理.     

单液滴碰撞不同尺寸等温壁面过程

应用基于VOF的界面跟踪方法分析了单液滴碰撞不同尺寸等温固体壁面时铺展、回缩或延伸至壁外形成液膜、液膜破碎等过程的动力学行为.通过与文献中液滴在壁面上铺展直径随时间变化的试验对比,证实了模型的可靠性.通过改变We数、Re数及壁面宽度,考查了初始液滴碰撞动能、表面能及固体壁面尺度对液滴碰壁现象的影响,计算结果表明:当壁面...     

双疏水表面润湿和传热动力学研究

为实现润湿图案化的超疏水表面在航空电子设备散热中的应用,本文对液滴撞击双疏水表面(具有疏水性图案的超疏水基质)的润湿行为和传热特性进行了分析.通过使用高速相机和红外相机,我们获取了液滴铺展和回退阶段的动力学以及表面温度和热流量的相应空间分布.本文研究了液滴撞击超疏水、疏水和双疏水表面上的动态润湿和局部传热的差异.此外,本文还分析了表面温度和撞击高度对液滴撞击过程的影响.结果表明,所有表面在铺展阶段都具有相同的润湿特性和相似的传热行为.表面温度变化并不能对铺展阶段表面润湿特性产生较大的影响,液滴铺展时间与表面温度和撞击高度无关.在回退阶段,表面润湿特性的差异使得三个表面之间的传热特性明显不同.双疏水表面特殊润湿特性使得回退阶段液膜的接触线速度存在跳变现象,形成了许多小液滴,增加了接触面积,同时又兼具了超疏水表面的回弹特性.     

欧拉网格中基于VOF方法的表面张力项处理方法

为了考察表面张力对液滴破碎的抑制作用,采用Brackbill的CSF模型,研究基于VOF界面处理方法的表面张力项离散模式.将其用于欧拉网格中,模拟了激波和拉伸流场中液滴变形与破碎过程.算例结果表明,Bussmann模型能够很好地解决VOF函数的表面张力离散问题.     

液滴在化学异构表面上侧向弹跳的计算机模拟研究

液滴撞击润湿性不同的表面会产生不同的动态行为,数值模拟是研究该现象的一种有效方法.采用基于化学势的晶格Boltzmann方法,通过调整接触角来改变固体表面的润湿性,对液滴撞击单一接触角的疏水表面以及接触角分布不同的疏水表面所产生的动态行为进行模拟和分析.当给疏水表面施加单一接触角时,液滴的弹跳高度随表面接触角的增大而增...     

预压缩杨木的动态润湿性

动态润湿性是木质材料的一个重要界面特性,用于描述胶黏剂在木材表面上的润湿行为。笔者采用润湿模型描述动态接触角(θ)在木质基材表面上的扩展过程,模型中利用参数K值来描述胶黏剂在木质基材表面上的动态润湿行为。应用此模型分析了不同压缩工艺条件下脲醛树脂和酚醛树脂的湿润性能;比较了不同压缩工艺参数如压缩率、热压温度和热压时间对动态润湿性的影响。结果表明,润湿模型能够准确地描述胶黏剂在预压缩杨木表面的动态湿润过程。在预压过程中,保压时间是对K值影响最为显著的因素。     

带内嵌固体的不可压缩气液两相界面流数值模拟方法

将水平集方法与浸没边界方法相结合,建立了一个模拟带内嵌固体的气液两相界面流的数值方法.该方法在固定的规则网格下采用水平集函数捕捉气液交界面,采用改进直接力形式的浸没边界方法处理流体与固体的相互作用.在改进的直接力格式中,基于描述流体-固体相的另一个水平集函数设计了一个速度插值算法,以计算流体与固体的相互作用力.最后,应用所提出的数值方法分别模拟了气泡和液滴撞击内嵌固体平板以及球形固体的过程,给出了液滴与气泡的变形和运动细节.数值模拟结果与已有的实验观测结果吻合较好,证明了所提出的方法的正确性.     

粗糙表面液滴表观形态研究

液滴在粗糙表面的表观形态及影响其润湿性转变的因素是十分复杂的．一般来说,液滴在表面的接触形态是其表面润湿特性的直接反映．近来,通过对蒸汽凝结条件下超疏水表面液滴形态的研究,进一步加深了人们对粗糙表面润湿特性的理解．人们通过对不同条件下微结构粗糙表面润湿特性的研究,证实了除Cassie和Wenzel模型外,尚有第3类液滴表观状态的存在．我们对实验数据分析发现,粗糙表面的润湿性可以由液滴在投影面上与固,液／气三相接触的面积比来衡量,提出了一种新的液滴表观接触角的通用计算模型,并对比文献数据,证实了其对表观接触角的预测．     

Molecular dynamics simulation of wetting behavior at CO2/water/solid interfaces

We used molecular dynamics simulation to demonstrate the microscopic wetting behavior of two solid model surfaces for the first time. Hydrophilic and hydrophobic features were modeled in a dense CO₂ fluid environment under various densities. The water droplet loses contact with the surface under the influence of higher density CO₂ fluids on the hydrophobic surface. For the hydro-philic surface, no separation between the water droplet and the surface was observed. However, the contact angle of the water droplet on the hydrophilic surface was found to increase with the fluid density. The effect of dense CO₂ fluid on the surface wettability can be interpreted in terms of enhanced interactions from the surrounding CO₂ molecules.     

高聚物熔滴形成与断裂过程的数值模拟

为了探究高黏度流体在机械撞针式微液滴喷射头作用下形成液滴及断裂的过程，采用计算流体力学软件模拟了聚丙烯熔滴的形成过程。结果表明，熔滴形成时要经历颈缩、伸长及断裂等过程，在各种力的综合作用下形成拖尾状液滴，与低黏度液滴在形态上存在显著差异。另外还分析了锥面张角、熔腔间隙、喷孔直径及喷孔长度对熔滴体积的影响，从而为微喷头的结构设计提供参考。     

单液滴撞击水平冷板面的模拟研究

针对喷雾冷冻干燥中液滴在设备壁面的冷冻沉积问题,在前期单液滴撞击水平放置冷板面的实验基础上,建立了单液滴与冷板面撞击的模型,利用水平集方法与固化模型相结合,模拟了蒸馏水液滴(直径为3.2,mm,温度为293,K)分别从100、250、500,mm高度撞击不锈钢板面(温度为268,K和253,K)的过程.模拟的最大铺展直径同实验对比,误差小于10%,证明该模型可适用于低黏度、低密度的单液滴撞击水平冷板面的情况.     

液态夹杂与固态夹杂碰撞聚合的物理模拟和机理研究

针对钢液中液态夹杂与固态夹杂碰撞聚合的现象,采用水模型实验模拟了液态夹杂去除固态夹杂的行为.实验结果表明:其与液滴去除夹杂的机理类似,流体内液滴与固粒的碰撞存在3种形式:惯性碰撞、截留捕获和尾流捕获.通过理论公式计算了单独的惯性碰撞捕获效率及同时考虑惯性碰撞和截留的捕获效率,发现二者的趋势基本一致,尤其当液滴直径较大时,二者曲线大致重合,因此,可以得出惯性捕获占据主导地位的结论.这与实验中观察到的液滴与固粒聚合大多数都是惯性碰撞相吻合.对实验数据进行了分析计算,得到了实验中液滴捕获固粒的捕获效率,发现所得曲线与理论计算捕获效率值相比,有一定差异,但是趋势基本一致.这是因为湍动程度较低,不同直径的捕获效率相对较为均匀,没有理论计算曲线那样陡峭.     

Simulation of jet-flow solid fraction during spray forming

A numerical model was developed to simulate the jet-flow solid fraction of W18Cr4V high-speed steel during spray forming. The whole model comprises two submodels:one is an individual droplet model, which describes the motion and thermal behaviors of individual droplets on the basis of Newton's laws of motion and the convection heat transfer mechanism; the other is a droplet distribution model, which is used to calculate the droplet size distribution. After being verified, the model was used to analyze the effects of parameters, including the initial gas velocity, deposition distance, superheat degree, and the ratio of gas-to-metal mass flow rates, on the jet-flow solid fraction. Finally, an equation to predict the jet-flow solid fraction directly and conveniently according to the parameters was presented. The values predicted by the equation show good agreement with those calculated by the numerical model.     

波纹板除雾器两相流动的数值模拟与分析

用计算流体力学(CFD)方法对波纹板除雾器内的气液两相流动进行了数值模拟,计算得到了不同液滴直径、进气速度与叶片间距下除雾器的除雾效率和压降,并分析总结了各参数对除雾效率和压降的影响规律.数值模拟还显示了液滴的运动轨迹以及液滴浓度、压力、速度和旋涡的分布情况,这对除雾器的优化设计具有指导意义.研究表明CFD方法可以成为除雾器设计的有效辅助手段.     

水流运动物质点法数值仿真

在水流体运动问题的三维数值模拟中,结合拉格朗日法和欧拉法的物质点法具有计算精度和计算效率比较高的优势,本文应用物质点法和显示积分算法对水柱在固壁面上自由塌落、箱体内水流溃坝和水流绕过障碍流动的过程进行三维数值仿真,从数值仿真结果看,与实际水流的运动过程较为符合,表明物质点法在模拟水流体运动问题同样是一种有效的仿真方法。     

液体泄漏破碎行为数值模拟

液体泄漏破碎行为研究对核反应堆安全分析具有重要意义,泄漏破碎形成的粒径尺寸分布是影响燃烧速率的重要因素.利用计算流体力学程序FLUENT对液体泄漏破碎进行三维模拟计算,与相关实验结果对比表明:液体流动轨迹、液滴索特尔平均直径(sauter mean diameter,SMD)与实验吻合较好,验证了流体体积法-离散颗粒法(volume of fluid-discrete particle model,VOF-DPM)模型模拟液体泄漏破碎行为的适用性.在此基础上分析了不同工质及不同流速对液体破碎行为的影响.研究表明,在液体喷射速度和管道破口直径相同的情况下,工质表面张力越大,破碎形成液滴尺寸越小;随着液体喷射流速增大,所得粒径平均直径减小;液体破碎粒径沿径向方向分布较为对称,液滴在喷射中心区域粒径较小轴向方向靠近破口处粒径较大.     

PZT溶胶液静电雾化雾场模拟

通过对商用计算流体力学软件FLUENT进行功能扩展，实现了空气流场、空间电场和离散雾场多场耦合过程的数值模拟．由实验数据确定雾滴的滴径和电量，采用拉格朗日模型计算雾滴在重力、空气阻力、外部电场力及雾滴间相互库伦排斥力作用下的运动轨迹，并得到雾滴的速度与其空间分布密度，由此计算雾滴在衬底上的沉积通量．     

舰船气泡尾流数值模拟

摘要：
以韩国船舶与海洋工程研究所(KRISO)的集装箱船KCS（KRISO Container Ship）模型为研究对象,以通用
计算流体力学(CFD)软件FLUENT为平台,进行了基于流体体积（VOF）两相流模型的KCS带自由面黏性流场数值模拟;将自由面固化,对自由面以下水体进行了基于混合物多相流（Mixture）模型的KCS气泡尾流场数值模拟,探讨了Realizable k ε（R k ε）两方程模型和雷诺应力模型对气泡尾流计算的影响.计算所得结果定性正确,验证了与自由面法向速度梯度相关的气泡卷吸模型及相应求解方法的适用性. 关键词：
多相流; 舰船; 气泡尾流; 数值模拟 中图分类号： O 359.1
文献标志码： A