黏性液滴衝擊散粒體壁面的運動機理研究

《黏性液滴衝擊散粒體壁面的運動機理研究》是依託天津大學，由李大鳴擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：黏性液滴衝擊散粒體壁面的運動機理研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：李大鳴
• 依託單位：天津大學

項目摘要

在噴淋覆膜過程中，黏性液滴衝擊散粒體壁面的運動過程是控制噴淋覆膜質量的關鍵技術，研究黏性液滴衝擊散粒體壁面的運動過程對確定覆膜厚度、覆膜均勻程度和覆膜過程中的揚塵具有重要實際工程意義。流體噴射與固體顆粒相互間衝擊、碰撞的耦合運動過程涉及到黏性液滴與固體顆粒的碰撞、液滴破碎、固體顆粒是否穩定等一系列複合運動問題，要套用到流體力學、泥沙運動力學和空氣動力學等多學科理論基礎，對研究衝擊、碰撞情況下固液氣多相流動問題，建立基本運動方程和輔助方程具有重要的理論意義。黏性液滴衝擊散粒體壁面的運動過程是複雜的多相流動問題，包含一定的不確定和隨機因素，許多參數關係需要大量的試驗和實際觀測資料來確定，通過試驗研究確定輔助方程中的物理參數，驗證多相流運動計算模擬成果，觀測噴淋覆膜效果，最佳化噴淋要素選擇，具有重要的實用價值。研究套用光滑粒子流體動力學方法描述大變形多相流運動問題，是當前數值模擬中的重要研究課題。

結題摘要

本研究採用試驗研究、理論分析、數值模擬等手段，對黏性液滴衝擊散粒體壁面的相關核心問題進行一系列研究，主要研究內容如下：（1）在二維黏性不可壓縮N-S方程的基礎上，採用SPH方法對液滴（水珠）以一定的初速度衝擊盛水容器內液面問題進行數值模擬研究。研究過程中通過搜尋自由表面粒子，在表面粒子之間，考慮了表面張力的作用；運用人工黏性解決了初始衝擊效應；同時引入邊壁虛粒子和鏡像虛粒子處理邊界條件，很好地解決了粒子法的邊界缺陷問題，並消除了容器角落處實粒子的不穩定現象。（2）採用SPH方法對液滴撞擊帶孔壁面問題進行研究，提出了隨計算區域變化的鍊表搜尋法。結合試驗進一步研究了不同物理條件下黏性、重力和內部壓應力波動對鋪展過程中液滴在孔口運動情況的影響，詳細分析了有限時間段內孔口斷面處的壓強變化。（3）基於Visual Basic和Fortran語言的混合編譯方法建立VBF-SPH可視化駕馭式模型，並且改進了傳統的鍊表搜尋方法，不但提高了模型的建立和運算效率，而且使得模型的整個計算過程可以得到有效的監測和控制。（4）建立了大壩表孔泄流的SPH模型，提出了採用補水邊界方法來滿足庫區恆定水位條件，模擬了表孔泄流的流場變化及粒子運動過程。（5）利用SPH數值模擬方法，建立超疏水表面熱傳導和相變的數學模型，進行疏水表面泡核沸騰及滴狀冷凝熱傳遞的研究。套用LAMMPS平台，實現SPH方法與分子動力學方法的跨尺度耦合模擬。