多相接觸線模型及復合液滴動力學研究.pdf

1、帶移動接觸線的多相流動問題在生活和生產(chǎn)過程中具有廣泛應用。本文發(fā)展了帶移動接觸線三相流動數(shù)值模擬模型，結合數(shù)值模擬和理論分析研究了剪切流中復合液滴運動和平板上復合液滴構型之間的轉化，并提出了泡沫結構演化數(shù)值模擬方法，主要工作及研究成果如下:
　　(1)基于擴散界面模型方法，提出了一種用于三種流體共存的幾何移動接觸線模型。當固體壁面上存在三種流體時，三種不同的接觸線交匯于一點會形成四相接觸點。多相幾何移動接觸線模型解決了四相接觸點處

2、接觸角階躍問題。結合三相流動擴散界面模型和Navier-Stokes求解器，能夠模擬帶移動接觸線的三相流動問題。通過模擬二維復合液滴在平板上的鋪展問題，將數(shù)值模擬結果與解析解的對比，驗證了模型的準確性。最后，將該模型應用于固體圓柱撞擊兩層不同流體、剪切流中三維復合液滴滑動問題和液滴吞噬等具有復雜多相界面的流動問題。
　　(2)數(shù)值模擬了剪切流動中Janus形復合液滴運動，探討了界面變形和剪切力對復合液滴轉動角速度的影響機制。數(shù)值結

3、果顯示，復合液滴運動可劃分成破碎模態(tài)，拉伸模態(tài)和旋轉模態(tài)。通過對組分液滴質心之間距離，三相點之間距離，變形參數(shù)等量隨時間變化分析，對各個模態(tài)進行了定量表征。發(fā)現(xiàn)了界面變形和轉動速度隨轉向角呈現(xiàn)周期性變化，復合液滴變形幅度受剪切力增大而增大。剪切力和界面變形共同影響復合液滴平均轉動速度，在Ca數(shù)較小時，平均轉動速度主要由剪切力主導，在Ca數(shù)較大時，平均轉動速度主要由液滴變形主導。
　　(3)對平板上復合液滴構型及不同構型之間轉化機理

4、進行了理論分析和數(shù)值模擬研究。在靜力學平衡條件下，建立基于表面張力與壓力相平衡的曲面控制方程，求出了各個構型的具體形狀和參數(shù)相圖。揭示了構型轉化的兩種機制，一種是界面發(fā)生拓撲幾何變化的臨界幾何條件，另一種是能量最小化條件。此外，還對典型的構型轉化動力學過程進行了數(shù)值模擬研究，揭示了表面張力波和慣性作用對轉化過程中接觸線運動的影響。
　　(4)基于多相擴散界面模型，提出了多相泡沫數(shù)值模型。該模型中，用不同的相來區(qū)分不同的氣泡，用加權