摘要: 多相流现象对我们的生活生产具有重要的借鉴和指导意义，在能源的开发与储备、生命科学的研究与探索、材料的制备与应用等方面有着广阔的发展前景。其中多相流中液滴弹跳现象与我们的生活最为紧密，已经应用于我们的生活中，如打印、喷涂、自清洁等。... 展开 多相流现象对我们的生活生产具有重要的借鉴和指导意义，在能源的开发与储备、生命科学的研究与探索、材料的制备与应用等方面有着广阔的发展前景。其中多相流中液滴弹跳现象与我们的生活最为紧密，已经应用于我们的生活中，如打印、喷涂、自清洁等。液滴弹跳现象的研究在国内外已经取得了丰硕的成果，但仍然还有许多未被研究和深入探索的领域，特别是对液滴弹跳现象定量分析的研究相当少，加之液滴微尺度、瞬息变化快、易于变形等诸多严苛条件，对于深入研究液滴弹跳现象带来了极大的挑战，这在一定程度上限制了人们对液滴弹跳现象的认识，阻碍了液滴弹跳现象在生活生产中的应用。近年来，基于晶格Boltzmann的数值模拟方法备受学者们青睐，该方法算法简单、易于编程、所需内存小、并行度高、易于处理复杂几何边界，及时跟踪相间动态变化，特别适合于研究微小液滴的动态变化过程。为此，本文采用基于晶格Boltzmann的数值模拟方法对液滴弹跳现象进行深入细致的研究。主要研究内容如下： (1)．建立一种基于化学势晶格Boltzmann方法的液滴弹跳机制模型。该模型利用化学势来计算非理想力，避免了计算压力张量和张量散度复杂的过程，大大提高了数值计算的效率。在该建模的基础上还引入大密度比模型，结合化学势润湿边界条件，提高了模型的灵活性、准确性，同时该模型还具有高效性及鲁棒性，对于精准模拟液滴弹跳现象提供更加稳健的模拟环境。 (2)．使用本模型对液滴的弹跳高度、侧向弹跳距离、飞行时间、液滴内部动量模变化及反弹能力进行定量的研究。实验表明液滴的反弹行为取决于表面的疏水性和异质性程度。当液滴撞击均匀表面时，液滴垂直基板反弹至一定高度，且弹跳高度随着表面疏水性的增加而增加。当液滴撞击两种不同组分的异构表面时，液滴向疏水性较低的一侧横向反弹。通过大量的试验研究发现，液滴弹跳现象与表面化学异构程度有关，且液滴弹跳高度和飞行时间与表面接触角存在一定的定量关系。通过数值仿真研究加深了对液滴反弹机制的认识。 (3)．对均质和化学异构表面上的液滴弹跳现象进行力学机制分析。研究了液滴左右动态接触角、接触线及非平衡杨氏力变化情况。通过一系列的数值仿真研究，揭示了化学异构表面液滴弹跳现象的原因。研究表明化学异构表面液滴侧向弹跳是由左右两边不对称的非平衡杨氏力造成的。 综上所述，本文采用基于化学势的晶格Boltzmann方法，深入研究了液滴机理变化行为。该研究促进了对液滴撞击化学异质表面的回弹机制的理解，并为通过疏水和异质表面精确控制回弹液滴的侧向弹跳行为提供了指导策略。 收起