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黏弹性液滴撞击超疏水表面的反弹行为研究 被引量:2
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作者 刘永洪 王意乐 +3 位作者 代明璐 丁怡 靳亚康 陈龙泉 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期1552-1562,共11页
水滴撞击超疏水表面后通常会发生完全反弹.大量研究表明,通过在液滴中添加少量聚合物可有效抑制水滴的撞击反弹行为.尽管该方法已被广泛应用于工农业生产中,但对黏弹性液滴撞击反弹行为的抑制机理认识仍不够全面.采用高速摄影技术,开展... 水滴撞击超疏水表面后通常会发生完全反弹.大量研究表明,通过在液滴中添加少量聚合物可有效抑制水滴的撞击反弹行为.尽管该方法已被广泛应用于工农业生产中,但对黏弹性液滴撞击反弹行为的抑制机理认识仍不够全面.采用高速摄影技术,开展了聚氧化乙烯(PEO)水溶液液滴撞击不同微纳复合结构超疏水表面的实验研究.研究结果表明:添加高分子可增强流体的黏弹性及其与表面的黏附作用,因而完全反弹行为仅发生在低PEO浓度液滴的撞击实验中,且随着超疏水表面微结构间距的增大,发生完全反弹的上限和下限韦伯数阈值均减小.在低韦伯数反弹区域,撞击液滴始终处在微结构顶部,因而接触时间随韦伯数的增加而减小,这与平整超疏水表面上的现象相似;在高韦伯数反弹区域,液体会部分浸润微结构表面,因而接触时间将随韦伯数的增加而增加.此外,所有反弹液滴的恢复系数随韦伯数的增加呈线性下降趋势,且下降速率随微结构间距的增大而减缓.基于界面力学和能量转换分析,对实验中观测到的黏弹性液滴撞击反弹动力学行为给予了定性解释. 展开更多
关键词 超疏水表面 黏弹性液滴 撞击反弹 表面润湿性 非牛顿流体
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Oldroyd-B黏弹性液滴弹跳行为的改进SPH模拟
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作者 许晓阳 周亚丽 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期359-364,共6页
基于光滑粒子流体动力学SPH(Smoothed Particle Hydrodynamics)方法对Oldroyd-B黏弹性液滴撞击固壁面产生的弹跳行为进行了模拟与分析。首先,为了解决SPH模拟黏弹性自由表面流出现的张力不稳定性问题,联合粒子迁移技术提出了一种改进SP... 基于光滑粒子流体动力学SPH(Smoothed Particle Hydrodynamics)方法对Oldroyd-B黏弹性液滴撞击固壁面产生的弹跳行为进行了模拟与分析。首先,为了解决SPH模拟黏弹性自由表面流出现的张力不稳定性问题,联合粒子迁移技术提出了一种改进SPH方法。然后,对Oldroyd-B黏弹性液滴撞击固壁面产生的铺展行为进行了改进SPH模拟,与文献结果的比较验证了方法的有效性。最后,通过降低Reynolds数捕捉到了液滴的弹跳行为;并在此基础上,分析了液滴黏度比、Weissenberg数和Reynolds数对液滴弹跳行为的影响。结果表明,改进SPH方法可有效地模拟黏弹性自由表面流问题;液滴黏度比、Weissenberg数和Reynolds数对液滴最大回弹高度均有显著的影响。 展开更多
关键词 光滑粒子流体动力学 Oldroyd-B黏弹性液滴 张力不稳定 粒子迁移技术 弹跳行为
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受径向振荡激励的黏弹性液滴稳定性分析 被引量:2
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作者 姚慕伟 富庆飞 杨立军 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第9期2468-2476,共9页
当液滴受到外部周期性的径向激励时,在其表面会形成驻波模式的不稳定,这就是在球面上的Faraday不稳定问题.不稳定的表面波的振荡频率根据流体物性参数和所施加激励条件的不同呈现为谐波或是亚谐波模式的振荡.本文基于线性小扰动理论,研... 当液滴受到外部周期性的径向激励时,在其表面会形成驻波模式的不稳定,这就是在球面上的Faraday不稳定问题.不稳定的表面波的振荡频率根据流体物性参数和所施加激励条件的不同呈现为谐波或是亚谐波模式的振荡.本文基于线性小扰动理论,研究了受径向振荡体积力的黏弹性液滴表面波的不稳定性.振荡的体积力导致动量方程为含有时间周期系数的Mathieu方程,系统因此变成参数不稳定问题,采用Floquet理论进行求解.本模型中将黏弹性的特征处理为与流变模型参数相关的等效黏度,从而简化了问题的求解.基于对中性稳定曲线及增长率的分析,研究了黏弹性参数对液滴稳定性的影响.结果表明零剪切黏度和应变驰豫时间的增加具有抑制液滴表面波增长的作用,提高了使液滴表面发生谐波不稳定的激励幅值.随着振荡幅值的增加,增长率不稳定的区域减少,且随着振荡频率的增加,液滴表面波增长率减小.通过对增长率的分析可以得出,应力松弛时间的增加使得增长率增加,从而促进了液滴表面波的增长. 展开更多
关键词 线性稳定性 黏弹性液滴 径向振荡 参数不稳定 FLOQUET 理论
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黏弹性液滴热毛细迁移的对流不稳定 被引量:3
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作者 章绍能 胡开鑫 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第5期1313-1323,I0002,共12页
液滴在温度分布不均的固壁面上产生的热毛细迁移广泛存在于微流控、喷墨印刷等应用中,对其流动进行稳定性分析对液滴迁移的精准控制具有重要意义.本文采用线性稳定性理论研究了附壁黏弹性液滴在热毛细迁移中的对流不稳定性,得到了不同Pr... 液滴在温度分布不均的固壁面上产生的热毛细迁移广泛存在于微流控、喷墨印刷等应用中,对其流动进行稳定性分析对液滴迁移的精准控制具有重要意义.本文采用线性稳定性理论研究了附壁黏弹性液滴在热毛细迁移中的对流不稳定性,得到了不同Prandtl数(Pr)下的临界Marangoni数(Ma_(c))与弹性数的函数关系,并分析了临界模态的流场和能量机制.研究发现:流体弹性激发了更多不稳定模态,小Pr的临界模态为斜波和流向波,而中高Pr的临界模态为斜波和展向稳态模态.强弹性使得Ma_(c)显著下降,而弱弹性略微增强了流动稳定性.在中Pr下,Ma_(c)随Pr的增大而增大.对于斜波模态,扰动温度的振幅可存在于流场中间区域,而其他两种模态的温度振幅只存在于自由表面上,并且在高Pr下的流线分布几乎是对称的.能量分析表明:随着弹性数增大,基本流做功由正变负;在小Pr中,扰动应力做功既可能耗散能量又可能提供能量;在高Pr中,基本流做功可忽略不计.对于同向流向波,扰动速度和扰动应力做功在垂直方向上均存在多次振荡.将液滴迁移与热毛细液层进行对比发现,由于基本流和边界条件的不同,两者在临界模态和扰动流场中均存在较大差异. 展开更多
关键词 热毛细迁移 黏弹性液滴 稳定性分析
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