非牛顿流体液滴撞击固体壁面的动力学特性研究
发布时间：2023-05-31 20:12
液滴撞击固体壁面现象在内燃机燃烧、喷雾冷却、农药喷洒及喷墨打印等领域有着广泛的应用,液滴撞击固体壁面过程中的复杂流动行为直接影响着上述工农业应用的实施效果。纳米流体是分散有纳米尺寸颗粒的新型流体,由于纳米流体的优异导热导磁特性,在高效换热及新材料制造领域有着重要的应用前景。高分子材料由于特殊的流变学行为,在微流控和材料沉积制备等领域有着广泛的应用。然而,纳米颗粒和高分子材料的加入往往会使基液表现出包括剪切变稀、粘弹性和屈服应力在内的多种非牛顿流体特性,而非牛顿流体特性的存在会显著改变流体的流动行为。目前关于液滴撞击固体壁面的研究,主要关注的是牛顿流体液滴,尚缺乏针对非牛顿流体液滴撞击固体壁面的深入探索。本文聚焦于非牛顿剪切变稀特性对液滴撞击固体壁面行为的影响,配制了表现出剪切变稀特性的纳米流体和高分子溶液,采用旋转流变仪分析了配制非牛顿流体的流变学行为。基于高速摄像技术搭建可视化实验平台,捕捉液滴撞击固体壁面的过程。基于有限元法耦合水平集方法求解相界面的移动,构建液滴撞击壁面的数值模型。结合实验观察,数值模拟和理论分析探索剪切变稀特性对液滴撞击固体壁面行为的影响。对纳米流体液滴撞击固体...
【文章页数】：100 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号表
希腊字母
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.1.1 液滴撞击壁面在增材制造中的应用
1.1.2 液滴撞击壁面在动力机械中的应用
1.1.3 液滴撞击壁面在喷雾冷却中的应用
1.2 液滴撞击固体壁面行为的实验研究进展
1.2.1 液滴撞击壁面过程中的气体卷吸行为
1.2.2 液滴撞击壁面过程中的溅射行为
1.2.3 液滴撞击固体壁面过程中的奇异射流行为
1.3 液滴撞击固体壁面行为的数值模拟研究进展
1.3.1 界面运动的显式求解方法
1.3.2 界面运动的隐式求解方法
1.3.3 介观和微观多相流动求解方法
1.4 液滴撞击固体壁面后最大无量纲直径的理论研究进展
1.5 非牛顿流体液滴撞击固体壁面行为研究进展
1.5.1 粘弹性液滴撞击壁面行为研究进展
1.5.2 屈服应力流体液滴撞击壁面行为研究进展
1.5.3 剪切变稀流体液滴撞击壁面行为研究进展
1.5.4 剪切增稠流体液滴撞击固体壁面的行为研究
1.6 本文主要研究内容
第二章 非牛顿流体力学基础及实验和数值模拟方法
2.1 流变学与一般非牛顿流体
2.1.1 流变学
2.1.2 含颗粒流体(纳米流体)
2.1.3 高分子材料流体
2.1.4 含表面活性剂流体
2.1.5 生物流体
2.2 非牛顿流体力学理论基础
2.2.1 非牛顿流体定义
2.2.2 剪切变稀流体
2.3 流变学测试系统
2.3.1 流变学测试实验设备
2.3.2 流变学测试方法
2.4 液滴撞击固体壁面可视化实验系统
2.4.1 液滴撞击壁面实验设备
2.4.2 液滴撞击壁面过程捕捉方法
2.5 液滴撞击固体壁面数值模拟方法
2.5.1 水平集方程
2.5.2 相界面初始化
2.5.3 相界面处物理量处理
2.5.4 流动控制方程
2.5.5 表面张力求解
2.5.6 壁面浸润性求解
2.5.7 剪切变稀流体本构方程
2.6 本章小结
第三章 纳米流体液滴撞击固体壁面行为研究
3.1 纳米流体制备及分散稳定性分析
3.2 纳米流体流变学行为分析
3.3 纳米流体液滴撞击壁面行为的实验研究
3.4 纳米流体液滴撞击壁面行为的数值模拟研究
3.5 本章小结
第四章 剪切变稀液滴撞击固体壁面行为的数值模拟研究
4.1 数值模型及模型验证
4.1.1 数值模型
4.1.2 网格无关性验证
4.1.3 界面追踪方程验证
4.1.4 剪切变稀流体液滴撞击壁面验证
4.2 流变学参数的影响
4.2.1 幂律指数m的影响
4.2.2 稠度系数K的影响
4.3 表面张力的影响
4.4 撞击惯性力的影响
4.5 壁面浸润性的影响
4.6 液滴撞击壁面后最大无量纲直径预测模型
4.7 本章小结
第五章 非牛顿流体液滴撞击超疏水壁面行为研究
5.1 超疏水现象
5.2 超疏水壁面的制备
5.3 高分子溶液制备及流变学行为分析
5.4 纯水液滴撞击超疏水壁面行为
5.4.1 纯水液滴撞击超疏水壁面的实验研究
5.4.2 纯水液滴撞击超疏水壁面的数值模拟研究
5.5 黄原胶液滴撞击超疏水壁面行为
5.6 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 工作总结
6.2 研究展望
参考文献
致谢
攻读硕士期间学术成果
本文编号：3825924
【文章页数】：100 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号表
希腊字母
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.1.1 液滴撞击壁面在增材制造中的应用
1.1.2 液滴撞击壁面在动力机械中的应用
1.1.3 液滴撞击壁面在喷雾冷却中的应用
1.2 液滴撞击固体壁面行为的实验研究进展
1.2.1 液滴撞击壁面过程中的气体卷吸行为
1.2.2 液滴撞击壁面过程中的溅射行为
1.2.3 液滴撞击固体壁面过程中的奇异射流行为
1.3 液滴撞击固体壁面行为的数值模拟研究进展
1.3.1 界面运动的显式求解方法
1.3.2 界面运动的隐式求解方法
1.3.3 介观和微观多相流动求解方法
1.4 液滴撞击固体壁面后最大无量纲直径的理论研究进展
1.5 非牛顿流体液滴撞击固体壁面行为研究进展
1.5.1 粘弹性液滴撞击壁面行为研究进展
1.5.2 屈服应力流体液滴撞击壁面行为研究进展
1.5.3 剪切变稀流体液滴撞击壁面行为研究进展
1.5.4 剪切增稠流体液滴撞击固体壁面的行为研究
1.6 本文主要研究内容
第二章 非牛顿流体力学基础及实验和数值模拟方法
2.1 流变学与一般非牛顿流体
2.1.1 流变学
2.1.2 含颗粒流体(纳米流体)
2.1.3 高分子材料流体
2.1.4 含表面活性剂流体
2.1.5 生物流体
2.2 非牛顿流体力学理论基础
2.2.1 非牛顿流体定义
2.2.2 剪切变稀流体
2.3 流变学测试系统
2.3.1 流变学测试实验设备
2.3.2 流变学测试方法
2.4 液滴撞击固体壁面可视化实验系统
2.4.1 液滴撞击壁面实验设备
2.4.2 液滴撞击壁面过程捕捉方法
2.5 液滴撞击固体壁面数值模拟方法
2.5.1 水平集方程
2.5.2 相界面初始化
2.5.3 相界面处物理量处理
2.5.4 流动控制方程
2.5.5 表面张力求解
2.5.6 壁面浸润性求解
2.5.7 剪切变稀流体本构方程
2.6 本章小结
第三章 纳米流体液滴撞击固体壁面行为研究
3.1 纳米流体制备及分散稳定性分析
3.2 纳米流体流变学行为分析
3.3 纳米流体液滴撞击壁面行为的实验研究
3.4 纳米流体液滴撞击壁面行为的数值模拟研究
3.5 本章小结
第四章 剪切变稀液滴撞击固体壁面行为的数值模拟研究
4.1 数值模型及模型验证
4.1.1 数值模型
4.1.2 网格无关性验证
4.1.3 界面追踪方程验证
4.1.4 剪切变稀流体液滴撞击壁面验证
4.2 流变学参数的影响
4.2.1 幂律指数m的影响
4.2.2 稠度系数K的影响
4.3 表面张力的影响
4.4 撞击惯性力的影响
4.5 壁面浸润性的影响
4.6 液滴撞击壁面后最大无量纲直径预测模型
4.7 本章小结
第五章 非牛顿流体液滴撞击超疏水壁面行为研究
5.1 超疏水现象
5.2 超疏水壁面的制备
5.3 高分子溶液制备及流变学行为分析
5.4 纯水液滴撞击超疏水壁面行为
5.4.1 纯水液滴撞击超疏水壁面的实验研究
5.4.2 纯水液滴撞击超疏水壁面的数值模拟研究
5.5 黄原胶液滴撞击超疏水壁面行为
5.6 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 工作总结
6.2 研究展望
参考文献
致谢
攻读硕士期间学术成果
本文编号：3825924
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