液滴形成与下落过程分析.pdf

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1、液滴形成与下落过程分析刘华敏刘赵淼(北京工业大学机电学院，1 0 0 0 2 2)摘要本文对6 0 的甘油(g I y c e r i n)溶液液滴形成过程进行了数值模拟，将毛细管末端黏性液滴的形成过程划分为三个阶段，对每一阶段液滴内的压力场进行了分析关键词：液滴，数值模拟，压力场初始与边界条件本文要研究的对象是不可压缩的牛顿流体在重力的作用下，从竖直毛细管末端形成并下落的过程。液体的粘度肛，密度p，表面张力系数G 等参数在整个过程中都保持不变，毛细管是轴对称的，在毛细管的入口处，液体以固定的速度U-O 2 1 c m s 流入，管的半径为R=0 1 6 c m，液滴的长度为L。二、液滴形成过

2、程分析本文采用有限差分法(F i n i t e D i f f e r e n c e)配合体积分数法P 3 1(F r a c t i o n a lV o l u m eo fF l u i d，V O F)模拟液滴的形成和下落。图1(a)到图1(f)表示的是液滴形成过程中儿个典型的时刻，根据不同时刻液滴的形态不同可以将液滴的形成分为初始阶段、颈缩阶段和断裂阶段。2 1 液滴形成的初始阶段从图1(a)图l(b)，可以称为液滴形成的初始阶段。在这段时间内，液体不断的流入，随着液体的增加，液滴体积开始缓慢的增加，逐渐呈现出半球状。从压力云图可以看出，在图1(a)和图1(b)所处的阶段压力方向

3、都是竖直向下，并且呈现【I 静水压力的情况，也就是说，压力的最大值出现在液滴的最低部。2 2 颈缩阶段从图l(b)到图1(e)这一阶段可以称为首次颈缩阶段。从图1(b)所示的情况开始，液体仍然不断的流入液滴中，由于液滴的重量不断的增加，原来的半球状液滴开始呈现出类椭圆的形状，并且，在此时出现了颈缩区域，如图1(c)所示。在图l(d)中，压力的分布和图l(a)，1(b)，l(c)d O 的情况产生了区别，不再是呈现静水压力的情况，而是存靠近液滴卜方的位置现了一个压力较大的区域。在这一区域的上方和下方区域，压力值逐渐减小，形成了两个方向相反的压力梯度。这两个方向相反的压力梯度同样导致液滴迅速发生分

4、离，达到图1(e)所示的阶段。2 3 断裂阶段从图I(e)至-I J 图1(f)这一过程非常短暂，可以称为断裂阶段。存经历了颈缩阶段之后，颈缩区域的半径已经变得很小了，如图l(e)所示，在重力的作用下，这一区域的半径进一步变小，最终发生断裂，如图l(0 所示。基金项目：国家自然科学基金“薄膜蠕变流动特性的动力学分析”(1 0 5 0 2 0 0 2)。北京市科委科技新星项目“蓄热式高温低氧空气燃烧系统的动力学分析”(X X 2 0 0 2 8 0 6)资助。一4 0 一U 臣丁T_(a)曩I(吣下T 臣(c)雨E图I 液滴形芸翌程中的压力云圈o三、结论本文对渣滴的形成过程进行了数值模拟，从模拟

5、结粜可以褂到：1液滴的形成可弘分为初始阶段颈绵阶段，断裂阶段。2液海形成过程巾伴随着夏杂的压力场的变化，尤其是在颈缩阶段距力的大小和方向都在笈生笠化。参考文献IH f o d N i c h 0 1 sV o l u m e o f F l u i d(V O F)M e t h o d f o r t h eD v n,a m l co f F 艚B o u n d a r i e sJ o u r n a lo f C o m p u t i o n a l n 1 9 9 l3 9：2 0 1-2 2 52N i c h o l sBDH i r t CWH o t c h k i s

6、s RSS O L A V O F：As o l m l o na l g o d t h m f o r e mf l u i t f l o w w i t h m u I l i p l c f m e b 0 I l 删a f t c sL 脯 1 t m o s i t i f i cL o b o r a t o r y R e 帆L A-8 3 5 5 L o sA l a m o s t N M1 9 8 03M k h t RR e r k h u d a r o vS e m i-L 咖目n V O F A d 憎t l o n M e h o d f o r F L O W-3 DF l o wS c l e n c c I n cJ 1 y2 0 0 3_-液滴形成与下落过程分析液滴形成与下落过程分析作者：刘华敏，刘赵淼作者单位：北京工业大学机电学院，100022 本文链接：http:/