基于化学势晶格Boltzmann方法的模型研究及应用

发布时间：2023-08-25 19:13

　　多相流普遍存在于许多自然现象和工程应用之中,研究多相流体的运动机制,对理解自然界规律、改进生产工艺和促进学科发展具有十分重要的意义。晶格Boltzmann方法已经发展成为模拟研究多相流系统的有效工具,其高效性、准确性和鲁棒性也被普遍证实,并成功地应用于许多与表面润湿科学和工程相关领域。本文基于化学势边界条件,利用几何的方法来实时地计算接触角。首先通过线性插值的方法确定三相接触点和最近的液滴气液界面与水平网格线的交点位置,然后采用反三角函数计算得到接触角。基于这个介观的方法,研究了化学异构表面上液滴形变中的接触角变化。通过设置不同的化学势改变固体表面的亲疏水性质,模拟计算落在固体表面之上的液滴和悬挂在固体表面下方的液滴。在忽略重力作用下,模拟得到的接触角与球冠法的理论预期一致,接触角可以通过表面化学势线性调节,并且验证了液滴质量的大小与接触角无关。在考虑重力作用下,虽然不同大小的液滴发生了明显的不同程度的形变,但是模拟计算所得的接触角保持不变,验证了微观接触角与重力无关的理论分析。应用化学势多相流模型,研究了液滴在化学异构的倾斜表面上的运动和接触角迟滞现象。当基板表面的亲疏水条带的化学势...

【文章页数】：64 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 引言
    1.1 研究背景
    1.2 研究现状
    1.3 研究内容
    1.4 论文组成
第2章 晶格Boltzmann方法的基本理论与多相流模型
    2.1 标准单弛豫的晶格Boltzmann方程
    2.2 流场的边界条件
        2.2.1 反弹边界条件
        2.2.2 周期边界条件
        2.2.3 曲线边界条件
        2.2.4 插值边界条件
    2.3 晶格Boltzmann多相流模型
        2.3.1 伪势模型
        2.3.2 自由能模型
        2.3.3 压力张量模型
    2.4 小结
第3章 基于化学势晶格Boltzmann方法的多相流模型
    3.1 模型的构建
    3.2 状态方程对应的化学势
    3.3 化学势边界条件
    3.4 模型的验证
        3.4.1 热力学一致性验证
        3.4.2 伽利略不变性验证
    3.5 小结
第4章 液滴在化学异构表面上的运动
    4.1 介观尺度的接触角计算方法
        4.1.1 接触角的度量
        4.1.2 接触角的介观形态
    4.2 无重力的液滴接触角
        4.2.1 线性可调的接触角
        4.2.2 接触角与液滴的质量无关
    4.3 液滴形变中的接触角
        4.3.1 平板上的液滴
        4.3.2 悬挂的液滴
    4.4 液滴在化学异构倾斜表面上的运动
        4.4.1 液滴的准静态接触角迟滞
        4.4.2 液滴的动态接触角迟滞
        4.4.3 条带宽度和化学势的影响
    4.5 小结
第5章 具有超大密度比的化学势多相流模型
    5.1 模型的构建
        5.1.1 LBM的三层空间
        5.1.2 基本量的变换
        5.1.3 量纲分析确定变换
    5.2 用高阶差分计算导数
    5.3 模拟和验证
        5.3.1 超大密度比模型的热力学一致性
        5.3.2 气液界面的性质
        5.3.3 液滴飞溅和伽利略不变性
    5.4 小结
第6章 总结与展望
    6.1 本文总结
    6.2 工作展望
参考文献
攻读硕士期间的科研成果
致谢



本文编号：3843154