搜索

文章查询

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

基于格子Boltzmann方法的液滴沿固壁铺展动态过程模拟

刘邱祖 寇子明 韩振南 高贵军

基于格子Boltzmann方法的液滴沿固壁铺展动态过程模拟

刘邱祖, 寇子明, 韩振南, 高贵军
PDF
导出引用
导出核心图
  • 矿井喷雾降尘是利用水雾使粉尘润湿沉降的过程,考虑到固体与液体间分子作用力,本文采用格子Boltzmann方法对液滴沿固壁铺展的动力学行为进行了数值模拟,结果发现铺展直径及动态接触角随时间呈指数规律,确定了液滴表面张力与铺展最大直径间的关系,固壁润湿性对铺展最大速度值影响较大,这些与物理试验及文献结果符合良好. 进一步考察了疏水性强的固壁,发现当液滴表面张力足够小时,铺展接触角可以在90°以下,与理论公式符合. 研究发现铺展过程中伴随着振荡,且铺展到最大时液膜有回缩趋势.
    • 基金项目: 国家自然科学基金联合基金(批准号:U1261107)资助的课题.
    [1]

    Li Y Q, Qin Y P, Yang X B 2011 Procedia Engineering (Beijing: Elsevier Press) 26 738

    [2]

    Jin L Z, Li J P, Sun Y F 2010 Prevention Theory of Mine Dust (Beijing: Scientific Press) p156 (in Chinese) [金龙哲, 李晋平, 孙玉福 2010 矿井粉尘防止理论 (北京: 科学出版社) 第156页]

    [3]

    Jiang T, Ouyang J, Zhao X K, Ren J L 2011 Acta Phys. Sin. 60 054701 (in Chinese) [蒋涛, 欧阳洁, 赵晓凯, 任金莲 2011 物理学报 60 054701]

    [4]

    Su T X, Ma L Q, Liu M B, Chang J Z 2013 Acta Phys. Sin. 62 064702 (in Chinese) [苏铁熊, 马理强, 刘谋斌, 常建忠 2013 物理学报 62 064702]

    [5]

    Ma L Q, Chang J Z, Liu H T, Liu M B 2012 Acta Phys. Sin. 61 054701 (in Chinese) [马理强, 常建忠, 刘汉涛, 刘谋斌 物理学报 61 054701]

    [6]

    Gao Y F, Sun D Y 2010 Chin. Phys. Lett. 27 066802

    [7]

    Mei M F, Yu B M, Luo L, Cai J C 2010 Chin. Phys. Lett. 27 076802

    [8]

    Wang X D, Peng X F, Duan Y Y, Wang B X 2007 Chin. J. Chem. Eng. 15 730

    [9]

    Gong M G, Liu Y Y, Xu X L 2010 Chin. Phys. B 19 106801

    [10]

    Chang J Z, Liu M B, Liu H T 2008 Acta Phys. Sin. 57 3954 (in Chinese) [常建忠, 刘谋斌, 刘汉涛 物理学报 57 3954]

    [11]

    He Y L, Wang Y, Li Q 2011 Theory and Applications of Lattice Boltzmann Method (Beijing: Scientific Press) p48 (in Chinese) [何雅玲, 王勇, 李庆 2011 格子 Boltzmann方法的理论及应用 (北京: 科学出版社) 第48页]

    [12]

    Xing X Q, Butler D L, Yang C 2006 Comp. Math. Sci. 7 1

    [13]

    Dupuis A, Yeomans J M 2005 Langmuir 21 2624

    [14]

    Wang W X, Shi J, Qiu B, Li H B 2010 Acta Phys. Sin. 59 8371 (in Chinese) [王文霞, 施娟, 邱冰, 李华兵 2008 物理学报 59 8371]

    [15]

    Kawasaki A, Onishi J, Chen Y, Ohashi H 2007 Comp. Math. Appl. 55 1492

    [16]

    Shi Z Y, Hu G H, Zhou Z W 2010 Acta Phys. Sin. 59 2595 (in Chinese) [石自媛, 胡国辉, 周哲玮 2010 物理学报 59 2595]

    [17]

    Zu Y Q, Shi W Q 2005 Acta Mech. Sin. 37 164 (in Chinese) [祖迎庆, 施卫平 2005 力学学报 37 164]

    [18]

    Yang J, Tan Y Z, Wu X K, Li G P 2009 Coal. Sci. 34 1105 (in Chinese) [杨静, 谭允祯, 伍修锟, 李改平 2009 煤炭学报 34 1105]

    [19]

    Lee K S, Starov V M 2009 Colloid. Interf. Sci. 329 361

    [20]

    Zhu Z Q, Wang Y, Liu Q S 2012 Jeng. Ther. 33 251 (in Chinese) [朱志强, 汪洋, 刘秋生 2012 工程热物理学报 33 251]

    [21]

    Clanet C, Beguin C, Richard D 2004 J. Fluid. Mech. 517 199

    [22]

    Hu G H, Xu A J, Xu Z, Zhou Z W 2008 Phys. Fluids. 20 102101

    [23]

    Siddhartha F L, Vivek V B, Nigam K D P 2007 Chem. Eng. Sci. 62 7214

  • [1]

    Li Y Q, Qin Y P, Yang X B 2011 Procedia Engineering (Beijing: Elsevier Press) 26 738

    [2]

    Jin L Z, Li J P, Sun Y F 2010 Prevention Theory of Mine Dust (Beijing: Scientific Press) p156 (in Chinese) [金龙哲, 李晋平, 孙玉福 2010 矿井粉尘防止理论 (北京: 科学出版社) 第156页]

    [3]

    Jiang T, Ouyang J, Zhao X K, Ren J L 2011 Acta Phys. Sin. 60 054701 (in Chinese) [蒋涛, 欧阳洁, 赵晓凯, 任金莲 2011 物理学报 60 054701]

    [4]

    Su T X, Ma L Q, Liu M B, Chang J Z 2013 Acta Phys. Sin. 62 064702 (in Chinese) [苏铁熊, 马理强, 刘谋斌, 常建忠 2013 物理学报 62 064702]

    [5]

    Ma L Q, Chang J Z, Liu H T, Liu M B 2012 Acta Phys. Sin. 61 054701 (in Chinese) [马理强, 常建忠, 刘汉涛, 刘谋斌 物理学报 61 054701]

    [6]

    Gao Y F, Sun D Y 2010 Chin. Phys. Lett. 27 066802

    [7]

    Mei M F, Yu B M, Luo L, Cai J C 2010 Chin. Phys. Lett. 27 076802

    [8]

    Wang X D, Peng X F, Duan Y Y, Wang B X 2007 Chin. J. Chem. Eng. 15 730

    [9]

    Gong M G, Liu Y Y, Xu X L 2010 Chin. Phys. B 19 106801

    [10]

    Chang J Z, Liu M B, Liu H T 2008 Acta Phys. Sin. 57 3954 (in Chinese) [常建忠, 刘谋斌, 刘汉涛 物理学报 57 3954]

    [11]

    He Y L, Wang Y, Li Q 2011 Theory and Applications of Lattice Boltzmann Method (Beijing: Scientific Press) p48 (in Chinese) [何雅玲, 王勇, 李庆 2011 格子 Boltzmann方法的理论及应用 (北京: 科学出版社) 第48页]

    [12]

    Xing X Q, Butler D L, Yang C 2006 Comp. Math. Sci. 7 1

    [13]

    Dupuis A, Yeomans J M 2005 Langmuir 21 2624

    [14]

    Wang W X, Shi J, Qiu B, Li H B 2010 Acta Phys. Sin. 59 8371 (in Chinese) [王文霞, 施娟, 邱冰, 李华兵 2008 物理学报 59 8371]

    [15]

    Kawasaki A, Onishi J, Chen Y, Ohashi H 2007 Comp. Math. Appl. 55 1492

    [16]

    Shi Z Y, Hu G H, Zhou Z W 2010 Acta Phys. Sin. 59 2595 (in Chinese) [石自媛, 胡国辉, 周哲玮 2010 物理学报 59 2595]

    [17]

    Zu Y Q, Shi W Q 2005 Acta Mech. Sin. 37 164 (in Chinese) [祖迎庆, 施卫平 2005 力学学报 37 164]

    [18]

    Yang J, Tan Y Z, Wu X K, Li G P 2009 Coal. Sci. 34 1105 (in Chinese) [杨静, 谭允祯, 伍修锟, 李改平 2009 煤炭学报 34 1105]

    [19]

    Lee K S, Starov V M 2009 Colloid. Interf. Sci. 329 361

    [20]

    Zhu Z Q, Wang Y, Liu Q S 2012 Jeng. Ther. 33 251 (in Chinese) [朱志强, 汪洋, 刘秋生 2012 工程热物理学报 33 251]

    [21]

    Clanet C, Beguin C, Richard D 2004 J. Fluid. Mech. 517 199

    [22]

    Hu G H, Xu A J, Xu Z, Zhou Z W 2008 Phys. Fluids. 20 102101

    [23]

    Siddhartha F L, Vivek V B, Nigam K D P 2007 Chem. Eng. Sci. 62 7214

  • [1] 黄虎, 洪宁, 梁宏, 施保昌, 柴振华. 液滴撞击液膜过程的格子Boltzmann方法模拟. 物理学报, 2016, 65(8): 084702. doi: 10.7498/aps.65.084702
    [2] 石自媛, 胡国辉, 周哲玮. 润湿性梯度驱动液滴运动的格子Boltzmann模拟. 物理学报, 2010, 59(4): 2595-2600. doi: 10.7498/aps.59.2595
    [3] 梁宏, 柴振华, 施保昌. 分叉微通道内液滴动力学行为的格子Boltzmann方法模拟. 物理学报, 2016, 65(20): 204701. doi: 10.7498/aps.65.204701
    [4] 毕菲菲, 郭亚丽, 沈胜强, 陈觉先, 李熠桥. 液滴撞击固体表面铺展特性的实验研究. 物理学报, 2012, 61(18): 184702. doi: 10.7498/aps.61.184702
    [5] 林林, 袁儒强, 张欣欣, 王晓东. 液滴在梯度微结构表面上的铺展动力学分析. 物理学报, 2015, 64(15): 154705. doi: 10.7498/aps.64.154705
    [6] 卢玉华, 詹杰民. 三维方腔温盐双扩散的格子Boltzmann方法数值模拟. 物理学报, 2006, 55(9): 4774-4782. doi: 10.7498/aps.55.4774
    [7] 苏铁熊, 马理强, 刘谋斌, 常建忠. 基于光滑粒子动力学方法的液滴冲击固壁面问题数值模拟. 物理学报, 2013, 62(6): 064702. doi: 10.7498/aps.62.064702
    [8] 马理强, 常建忠, 刘汉涛, 刘谋斌. 液滴溅落问题的光滑粒子动力学模拟. 物理学报, 2012, 61(5): 054701. doi: 10.7498/aps.61.054701
    [9] 马理强, 刘谋斌, 常建忠, 苏铁熊, 刘汉涛. 液滴冲击液膜问题的光滑粒子动力学模拟. 物理学报, 2012, 61(24): 244701. doi: 10.7498/aps.61.244701
    [10] 刘邱祖, 寇子明, 贾月梅, 吴娟, 韩振南, 张倩倩. 改性疏水固壁润湿性反转现象的格子Boltzmann方法模拟. 物理学报, 2014, 63(10): 104701. doi: 10.7498/aps.63.104701
    [11] 周光雨, 陈力, 张鸿雁, 崔海航. 基于格子Boltzmann方法的自驱动Janus颗粒扩散泳力. 物理学报, 2017, 66(8): 084703. doi: 10.7498/aps.66.084703
    [12] 李春曦, 裴建军, 叶学民. 波纹基底上含不溶性活性剂液滴的铺展稳定性. 物理学报, 2013, 62(17): 174702. doi: 10.7498/aps.62.174702
    [13] 李春曦, 陈朋强, 叶学民. 含活性剂液滴在倾斜粗糙壁面上的铺展稳定性. 物理学报, 2015, 64(1): 014702. doi: 10.7498/aps.64.014702
    [14] 李春曦, 施智贤, 庄立宇, 叶学民. 活性剂对表面声波作用下薄液膜铺展的影响. 物理学报, 2019, 68(21): 214703. doi: 10.7498/aps.68.20190791
    [15] 曾建邦, 李隆键, 蒋方明. 气泡成核过程的格子Boltzmann方法模拟. 物理学报, 2013, 62(17): 176401. doi: 10.7498/aps.62.176401
    [16] 张明焜, 陈硕, 尚智. 带凹槽的微通道中液滴运动数值模拟. 物理学报, 2012, 61(3): 034701. doi: 10.7498/aps.61.034701
    [17] 黄乒花, 刘慕仁, 孔令江, 李华兵. 用格子Boltzmann方法模拟MKDV方程. 物理学报, 2001, 50(5): 837-840. doi: 10.7498/aps.50.837
    [18] 张娅, 潘光, 黄桥高. 疏水表面减阻的格子Boltzmann方法数值模拟. 物理学报, 2015, 64(18): 184702. doi: 10.7498/aps.64.184702
    [19] 蒋方明, 李隆键, 廖全, 曾建邦. 池沸腾中气泡生长过程的格子Boltzmann方法模拟. 物理学报, 2011, 60(6): 066401. doi: 10.7498/aps.60.066401
    [20] 郭亚丽, 徐鹤函, 沈胜强, 魏兰. 利用格子Boltzmann方法模拟矩形腔内纳米流体Raleigh-Benard对流 . 物理学报, 2013, 62(14): 144704. doi: 10.7498/aps.62.144704
  • 引用本文:
    Citation:
计量
  • 文章访问数:  965
  • PDF下载量:  748
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2013-05-17
  • 修回日期:  2013-06-21
  • 刊出日期:  2013-12-05

基于格子Boltzmann方法的液滴沿固壁铺展动态过程模拟

  • 1. 太原理工大学, 机械工程学院, 太原 030024;
  • 2. 山西省矿山流体控制工程技术研究中心, 太原 030024
    基金项目: 

    国家自然科学基金联合基金(批准号:U1261107)资助的课题.

摘要: 矿井喷雾降尘是利用水雾使粉尘润湿沉降的过程,考虑到固体与液体间分子作用力,本文采用格子Boltzmann方法对液滴沿固壁铺展的动力学行为进行了数值模拟,结果发现铺展直径及动态接触角随时间呈指数规律,确定了液滴表面张力与铺展最大直径间的关系,固壁润湿性对铺展最大速度值影响较大,这些与物理试验及文献结果符合良好. 进一步考察了疏水性强的固壁,发现当液滴表面张力足够小时,铺展接触角可以在90°以下,与理论公式符合. 研究发现铺展过程中伴随着振荡,且铺展到最大时液膜有回缩趋势.

English Abstract

参考文献 (23)

目录

    /

    返回文章
    返回