水包油液滴撞击固体壁面动态行为的可视化研究

水包油液滴撞击固体壁面动态行为的可视化研究

【摘要】： 液滴撞击固体壁面作为一种强瞬变,非线性的自由表面流动现象在自然生活中随处可见,并且在工业技术上有着广泛的应用。研究者已经对液滴撞击壁面的现象研究了100多年,迄今为止已经对单相液滴撞击固体壁面的动态行为有了广泛的认识。随着科技的发展和社会的进步,复合液滴在工业生活中的运用日趋频繁,但对于复合液滴撞击壁面的研究却仍寥寥无几。因此,本文通过制备同轴流聚焦通道生成单分散水包油液滴,利用高速摄像机搭建可视化实验平台,系统地研究了水包油液滴撞击固体壁面的动态行为,分析了液滴铺展因子,周期及其飞溅与回弹动态行为的变化规律。首先,利用载玻片和玻璃毛细管设计并制备了同轴流聚焦通道,使之能够可控高效稳定的生成可分散单个水包油液滴,并能够通过改变油水两相流速比来调节水包油液滴中两相体积比。之后,研究了不同韦伯数下单相液滴与水包油液滴撞击固体壁面的异同点,发现水包油液滴的最大铺展因子均小于同一工况下的单相液滴,且均与韦伯数成幂律函数的关系。水包油液滴由于其内部油芯的存在,使得液滴飞溅阈值大幅下降。而液滴中油芯体积越小,其铺展因子逐渐变大且在铺展过程中油芯随水相的运动更加明显。此外,水相粘度相对于水包油液滴的撞击影响较于油相更加明显。其次,制备了不同油水润湿性的壁面,并选用不同曲率的球面来探究壁面润湿性及结构对于水包油液滴撞击壁面动态行为的影响。在疏水亲油壁面上,水包油液滴在低韦伯数下发生回弹行为,而在高韦伯数下却受到抑制,研究发现这与水包油液滴的自润滑有关。而水包油液滴与超疏水超亲油表面接触瞬间油芯便在壁面发生润湿并破坏其疏水性。当液滴撞击曲面时,由于其壁面结构,液滴受到重力分力促进了液滴的铺展与飞溅,导致水包油液滴的最大铺展因子随着壁面曲率的增大略有增大,而飞溅阈值则降低。最后,利用半导体制冷台调节壁面温度,研究了壁面温度对于水包油液滴撞击冷壁面的影响。实验发现,过冷温度对于液滴撞击平面与曲面的影响一致,过冷的壁温一方面增加液滴铺展中粘性耗散,另一方面使底层水膜在壁面结冰,导致液滴最大铺展因子随着温度的降低而降低。同时,由于部分水相结冰,在疏水壁面上,剩余液滴更容易脱离壁面发生回弹。该论文有图38幅,表3个,参考文献105篇。

【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2022

网址：水包油液滴撞击固体壁面动态行为的可视化研究 https://mxgxt.com/news/view/489607

相关内容

液滴撞击热壁的数值模拟研究
水平振动斜齿平板上的液滴运动
均匀液滴尺寸及间距的实验研究
竖直表面液滴运动的数值模拟
微纤维内液滴形态调控与电动释放机制及实验研究
表面润湿性对纳米液滴线张力影响机理的分子动力学研究
仿生功能性润湿结构中液滴定向输运特性研究
过饱和水蒸汽热力学性质图表及其应用——和一个准确的与球形液滴平衡的蒸汽压方程
气相作用下液滴形态演变过程研究
液体与固体之间是如何进行接触角测量的？

随便看看