收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

振动平板上液滴棘齿运动的理论与数值研究

朱曦  
【摘要】:液滴棘齿运动在自然界和工业界中广泛存在,是当前流体力学领域的热点问题之一,该问题的研究对于生物医学、材料学和仿生学等领域都有着重要的科学意义。为此,本文针对振动倾斜平板上的液滴爬升现象,斜齿振动平板上的液滴棘齿运动机制和倾斜振动的水平平板上的复合液滴棘齿运动问题,采用扩散界面方法,开展了数值模拟研究和理论分析,主要内容和研究成果如下:(1)揭示了液滴在振动倾斜平板上的爬升机制。采用三维数值模拟方法,首次提供与实验定量符合的数值结果(Brunet et al.,2007)。再者,液滴棘齿运动虽然源于平板倾斜于纵向振动方向破坏了系统的几何对称性,但其力学效应体现在施加在液滴上的简谐振动与其润湿面积的周期性变化间存在迟滞效应。具体地,液滴向平板下端运动的半周期润湿面积大于向平板上端运动的半周期。为此我们对振动液滴的一周期内受力平衡展开理论分析,建立了此棘齿机制相关的流体力学模型。模型考虑了平板振动、重力和接触角迟滞等效应,并且模型预测的尺度率关系和数值结果对比良好。(2)探究了液滴在振动斜齿平板上由于平板结构不对称性导致的两种运动模态及其对应的棘齿机制。数值模拟结果中将斜齿带来的各向异性简化为不对称的润湿性,即顺齿方向和逆齿方向的液滴前进角不同。数值结果发现液滴倾向于整体向接触角迟滞更小的一侧运动。将液滴前进接触线和后退接触线的运动同步的运动模态称为谐振模态,将前进接触线和后退接触线的运动存在迟滞的模态称为迟滞模态。其中,迟滞模态液滴棘齿运动中表面张力波的惯性-表面张力机制占据主导地位。谐振模态中,理论分析给出了符合数值结果的尺度率关系,揭示了棘齿运动中非对称润湿力的主导地位。(3)探究了复合液滴在水平平板上受到倾斜振动产生的棘齿运动规律。两液滴初始相互接触且不相混溶,存在一定润湿性差异。针对两种不同润湿性组合,数值模拟结果发现除向左运动这种复合液滴棘齿运动模态,还观察到气泡夹带,停滞,相互分离等运动模态,其中振幅、频率和复合液滴的润湿性是决定模态的重要参数。另外,复合液滴在水平方向的排列次序会改变运动模态。揭示了向左运动模态中,定向运动速度与振幅呈二次方关系,符合JohnThiele(2010)关于二维单个液滴棘齿运动的理论。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 张帆;李建新;刘潜峰;薄涵亮;;液滴撞击湿壁面实验研究[J];原子能科学技术;年期
2 陈圆圆;徐进良;李季巍;;液滴碰撞亲-疏水性组合壁面的数值分析[J];化工学报;2016年12期
3 郑志伟;李大树;仇性启;崔运静;;中空液滴碰撞水平壁面数值分析[J];物理学报;2017年01期
4 褚福强;吴晓敏;陈永根;;竖直表面液滴运动的数值模拟[J];工程热物理学报;2017年01期
5 褚福强;吴晓敏;朱毅;;超疏水表面上多液滴合并触发液滴弹跳现象的理论分析[J];工程热物理学报;2017年02期
6 李栋;张文娣;赵孝保;王鑫;钱晨露;;超疏水冷表面上液滴冻结的可视化观测[J];南京工业大学学报(自然科学版);2016年06期
7 季璨;王乃华;崔峥;程林;;过热液滴闪蒸过程数学模型的建立与应用[J];工程热物理学报;2017年04期
8 常家庆;黄博;刘亚欣;孙立宁;;微量液滴分配机理与技术研究进展[J];机械工程学报;2017年08期
9 何成明;张鹏;;气体介质中双元液滴的碰撞动力学[J];中国科学:物理学 力学 天文学;2017年07期
10 孙涛;姜存华;沈达鹏;丁建宁;袁宁一;;水平固体表面温度梯度下硅油液滴运动[J];微纳电子技术;2017年07期
11 廖斌;朱雨建;杨基明;;冲击作用下液滴在环境液体中的演变过程及主导因素[J];中国科学:物理学 力学 天文学;2017年09期
12 李大树;仇性启;于磊;郑志伟;;液滴碰撞水平壁面实验研究[J];实验技术与管理;2015年04期
13 陈卫锋;候俊香;;液-液层流射流型雾化的射流脉动与液滴形成特性[J];农机导购;2016年08期
14 朱云;;呼吸实验装置中的“液滴移动”问题[J];中学生数理化(学习研究);2017年03期
15 杨宁;;科学家研发出防喷溅材料[J];科学大观园;2017年02期
16 李永程;;光合作用装置中的“液滴移动”问题[J];中学生数理化(学习研究);2017年04期
17 徐春秀;蔡龙飞;;微流控芯片上双重液滴的生成方法[J];江西化工;2011年01期
18 张蕴冬;图像式液滴分析仪的研究[J];中国计量;2002年06期
19 李莉;谈谈液滴间不溶合现象[J];现代物理知识;2000年04期
20 姜志宏;;水平平板上液滴的径厚比对其热稳定影响的研究[J];贵州工学院学报;1987年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 吴爽;张杰;倪明玖;;梯度磁场作用下锂液滴下落过程的数值模拟[A];第九届全国流体力学学术会议论文摘要集[C];2016年
2 李英琪;王奉超;吴恒安;;曲率比对液滴在锥形基底上定向输运与停滞的影响[A];中国力学大会-2015论文摘要集[C];2015年
3 王丽雅;王奉超;吴恒安;;周期性开合壁面上液滴定向输运机制的研究[A];中国力学大会-2015论文摘要集[C];2015年
4 丁航;朱曦;;倾斜平板上振动液滴的数值模拟研究[A];中国力学大会-2015论文摘要集[C];2015年
5 丁航;穆恺;;数值研究液滴撞击粗糙壁面[A];第二十七届全国水动力学研讨会文集(上册)[C];2015年
6 张谭;刘华敏;刘赵淼;;表面张力系数对液滴形成的影响[A];北京力学会第13届学术年会论文集[C];2007年
7 贺丽萍;夏振炎;;低流量微管末端液滴形成及破碎的研究[A];第八届全国实验流体力学学术会议论文集[C];2010年
8 左子文;王军锋;霍元平;谢立宇;胡维维;;气流中荷电液滴演化的数值模拟[A];中国力学大会——2013论文摘要集[C];2013年
9 张屹然;罗开红;罗开红;;分子动力学模拟研究纳米液滴碰撞在燃烧中的应用[A];中国化学会第29届学术年会摘要集——第41分会:燃料与燃烧化学[C];2014年
10 高亮;曾理江;;液滴分析法在酒的在线检测中的应用[A];2002年中国光学学会年会论文集[C];2002年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 杨威;液滴破碎动力学特性的研究[D];天津大学;2017年
2 徐明俊;单液滴与着火液体相互作用动力学特性研究[D];中国科学技术大学;2018年
3 朱曦;振动平板上液滴棘齿运动的理论与数值研究[D];中国科学技术大学;2018年
4 穆恺;液驱流动聚焦中界面失稳及耦合研究[D];中国科学技术大学;2018年
5 李大树;液滴撞壁动力学及传热机制研究[D];中国石油大学(华东);2015年
6 金仁瀚;气流中单液滴破碎过程及子液滴分布特性研究[D];南京航空航天大学;2016年
7 冯锋;基于连续可更新动态液滴光化学生物传感技术的研究和应用[D];湖南大学;2004年
8 宋晴;基于液滴分析技术和液滴指纹图的液体识别方法的研究[D];天津大学;2005年
9 官万兵;金属微纳液滴凝固特性与组织研究[D];上海大学;2006年
10 孙炜;空调室内污染液滴的扩散及室内热环境的研究[D];中国科学技术大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 蔡晨亮;载金相变液滴光声协同空化的理论建模与数值计算[D];南京大学;2018年
2 苍小鑫;基于液滴微流控技术对植物免疫诱导剂的检测研究[D];大连工业大学;2017年
3 张泰滺;考虑空气热交换的凝结现象真实感仿真[D];华东师范大学;2017年
4 郭天宇;液滴内部流动及吸收二氧化硫的数值研究[D];江苏大学;2017年
5 冯艳辉;SJ-10蒸发对流实验液滴图像处理软件的研究与实现[D];中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心);2017年
6 姚晰;氢氟酸液滴在硅片表面自发运动的研究[D];吉林大学;2011年
7 崔艳艳;液滴撞击倾斜壁面动力学过程研究[D];大连理工大学;2010年
8 李燕;液滴撞击加热固体平壁变形过程的数值模拟[D];大连理工大学;2009年
9 何孝天;丝网表面液滴撞击动态特性与临界渗漏准则[D];华北电力大学(北京);2017年
10 成顶;光电液滴分析系统研究与应用[D];南京信息工程大学;2016年
中国重要报纸全文数据库 前9条
1 航院;清华航院陈民研究组提出纳米液滴碰撞破碎临界判据[N];新清华;2017年
2 记者 聂翠蓉;新技术让液滴悬浮并发出蓝光[N];科技日报;2015年
3 记者 陈丹;超快激光可在半导体上激起“量子液滴”[N];科技日报;2014年
4 王小龙;新法可让液滴按需形成任意形状[N];科技日报;2014年
5 孙文德;液滴透镜[N];中国知识产权报;2001年
6 张巍巍;美发现光电混合操控粒子新方法[N];科技日报;2010年
7 郑庆泽;解决环卫车滴漏问题刻不容缓[N];中国建设报;2015年
8 本报记者 唐婷 朴淑渝;给细胞做“CT”[N];科技日报;2007年
9 莫文铸;防止衣服变脏科学家研制超疏液材料[N];中国纺织报;2013年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978