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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

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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

Dynamic process simulation of droplet spreading on solid surface by lattic Boltzmann method

Liu Qiu-Zu, Kou Zi-Ming, Han Zhen-Nan, Gao Gui-Jun
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  • 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.
    Spray dust mechanism is to use spray to wet and reduce the coal mine dust. Based on lattice Boltzmann method, the dynamic behaviors of droplet spreading on solid surface are simulated numerically in consideration of the molecules reaction between fluid and solid. Results show that the spreading diameter and dynamic contact angle change exponentially with time. The relationship between droplet surface tension and maximum spreading diameter is determined; it is shown that the wettability of solid surface has a great influence on the maximum spreading velocity. All the above numerical results are in good agreement with the experimental and theoretical results reported in the literature. Moreover, the solid surface with high hydrophobicity is further investigated. It is found that the spreading contact angle can be less than 90° if the droplet surface tension is small enough, which agrees well with the theoretical formula. The simulation also shows that there occurs oscillations in the spreading process and retraction when the droplet spreads to its maximum.
    • 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.
    • Funds: Project supported by the Joint Funds of the National Natural Science Foundation of China (Grant No. U1261107).
    [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] 张晓林, 黄军杰. 楔形体上复合液滴润湿铺展行为的格子Boltzmann方法研究. 物理学报, 2023, 72(2): 024701. doi: 10.7498/aps.72.20221472
    [2] 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
    [3] 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
    [4] 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
    [5] 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
    [6] 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
    [7] 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
    [8] 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
    [9] 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
    [10] 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
    [11] 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
    [12] 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
    [13] 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
    [14] 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
    [15] 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
    [16] 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
    [17] 曾建邦, 李隆键, 廖全, 蒋方明. 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
    [18] 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
    [19] 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
    [20] 李华兵, 黄乒花, 刘慕仁, 孔令江. 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
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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

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