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壁面浸润性对液滴撞击液面行为的影响

2020-12-08阅读(771)

壁面浸润性对液滴撞击液面行为的影响

论文摘要

液滴撞击液面现象普遍存在于自然界、生活与工业生产中,其研究历史可追溯至1875年。以往研究集中在液滴撞击宽阔液面,主要考虑的是液滴撞击高度、液滴尺寸、液体物性等因素对撞击现象的影响。2012年以来,少量文献开始报道壁面限制下液滴撞击有限面积的液面。本文则进一步关注壁面浸润性对液滴撞击受限液面的影响与机理。本文采用纳米喷涂技术,在保证试管透光性的前提下对试管内壁进行改性,使其呈现出超亲水、疏水、超疏水三种截然不同的浸润性,接触角分别为5.4°、98.8°、146.5°。对应地,去离子水在三种试管中的液面分别呈现下凹、水平、上凸三种状态。采用高速摄影记录不同浸润性试管内液滴撞击凹凸气液界面的实验现象。实验中,利用镜面成像原理校准液滴撞击点,使液滴撞击在试管中液面正中央;选用内径D为8、10和13 mm三种试管,试管内壁进行相应的浸润改性;液滴直径d控制为2、3和4 mm三种规格;撞击高度b范围为50-900 mm。实验结果表明:1、试管管径与液滴直径比值D/d较小时,液滴撞击液面不产生射流,而易发生穹顶气泡现象。2、超亲水和超疏水试管内穹顶气泡生成机制不同:超亲水试管内,液滴撞击液面形成凹坑后,受壁面超亲水特性影响产生液封,将凹坑封盖形成穹顶气泡;超疏水试管内,液滴撞击液面形成凹坑的过程中,凹坑顶部的气液接触线向内主动收缩,将凹坑封存形成穹顶气泡。3、D/d较大时,随着撞击高度的增加,液滴撞击液面现象出现融合、射流再到融合的转变,且试管壁面越疏水,产生射流现象的撞击高度工况范围越大。为揭示壁面浸润性对液滴撞击液面射流条件的影响机理,本文将液滴撞击液面形成的凹坑简化成圆锥,定量统计其特征参数,并对液滴撞击液面前后状态进行能量分析,结果表明:相同液滴直径、试管直径及撞击高度下,壁面越疏水,液滴撞击液面形成的凹坑越浅,相应的能量损耗越小,液体回弹后越容易产生射流。该分析验证了壁面越疏水,液滴撞击液面越容易产生射流的实验规律。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  •   1.1 课题背景及研究意义
  •   1.2 液滴撞击液面研究现状
  •     1.2.1 液滴撞击无限大液面
  •     1.2.2 液滴撞击近壁区液面
  •   1.3 本文研究内容及意义
  • 第2章 实验表面制备与表征
  •   2.1 引言
  •   2.2 实验对象的选取
  •   2.3 实验表面的制备
  •     2.3.1 浸润性表面制备原理
  •     2.3.2 试剂与仪器
  •     2.3.3 超亲水试管制备
  •     2.3.4 疏水试管制备
  •     2.3.5 超疏水试管制备
  •   2.4 实验表面的表征
  •     2.4.1 用于表征的实验表面制备
  •     2.4.2 实验表面的表征结果
  •   2.5 本章小结
  • 第3章 实验装置与实验方法
  •   3.1 引言
  •   3.2 液滴撞击实验装置
  •   3.3 液滴撞击实验方法
  •     3.3.1 液滴直径d的选取
  •     3.3.2 液面与针头实际距离h校正
  •     3.3.3 液滴撞击试管液面中心的校准方法
  •   3.4 本章小结
  • 第4章 液滴撞击液面现象影响因素及分区图
  •   4.1 引言
  •   4.2 超亲水试管内液滴撞击液面行为
  •     4.2.1 超亲水试管内h对液滴撞击液面行为的影响
  •     4.2.2 超亲水试管内d对液滴撞击液面行为的影响
  •     4.2.3 超亲水试管内D对液滴撞击液面行为的影响
  •   4.3 疏水试管内液滴撞击液面行为
  •     4.3.1 疏水试管内h对液滴撞击液面行为的影响
  •     4.3.2 疏水试管内d对液滴撞击液面行为的影响
  •     4.3.3 疏水试管内D对液滴撞击液面行为的影响
  •   4.4 超疏水试管内液滴撞击液面行为
  •     4.4.1 超疏水试管内h对液滴撞击液面行为的影响
  •     4.4.2 超疏水试管内d对液滴撞击液面行为的影响
  •     4.4.3 超疏水试管内D对液滴撞击液面行为的影响
  •   4.5 不同浸润性试管内液滴撞击液面现象
  •   4.6 We-D/d现象分区图及结论
  •   4.7 本章小结
  • 第5章 液滴撞击能量分析
  •   5.1 引言
  •   5.2 凹坑深度与射流高度统计
  •   5.3 液滴撞击液面能量损耗模型
  •     5.3.1 初始状态能量计算
  •     5.3.2 最大凹坑状态能量计算
  •   5.4 能量损耗模型结果分析
  •   5.5 本章小结
  • 第6章 结论与展望
  •   6.1 结论
  •   6.2 展望
  • 参考文献
  • 攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果
  • 致谢

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 李享

    导师: 徐进良,赵晓利

    关键词: 液滴撞击,浸润性,射流,纳米表面

    来源: 华北电力大学(北京)

    年度: 2019

    分类: 基础科学

    专业: 力学

    单位: 华北电力大学(北京)

    基金: 国家自然科学基金(No:51436004)

    分类号: O313.4

    DOI: 10.27140/d.cnki.ghbbu.2019.000410

    总页数: 65

    文件大小: 9631K

    下载量: 75

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