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倾斜粗糙壁面上含不溶性活性剂溶液的动力学特性

李春曦 裴建军 叶学民

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倾斜粗糙壁面上含不溶性活性剂溶液的动力学特性

李春曦, 裴建军, 叶学民

Dynamics of insoluble surfactant-laden thin films flow over inclined random topography

Li Chun-Xi, Pei Jian-Jun, Ye Xue-Min
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  • 针对倾斜随机粗糙壁面上含不溶性活性剂溶液的流动过程, 采用润滑理论建立了液膜厚度和浓度的时空演化模型, 通过PDECOL程序数值求解得到了液膜流/液滴铺展的动力学特性及壁面结构参数的影响. 研究表明: 在重力分量和Marangoni效应共同作用下, 液膜流/液滴铺展速度加快, 液膜边缘和液滴中心出现毛细隆起, 液膜/液滴底部出现凹陷, 同时受粗糙壁面影响, 液膜表面变形更显著. 增加壁面倾角θ具有使重力分量和Marangoni效应增强, 导致隆起和凹陷程度均有所增加的作用. 增大壁面高度D可使液膜流/液滴铺展速度加快, 表面变形放大. 而壁面波数k0则使液膜流/液滴铺展过程减缓, 抑制隆起和凹陷产生. 与液膜流相比, D和k0对液滴铺展速度的影响相对较小.
    For the flow of an insoluble surfactant-laden thin film and droplet on inclined random topography, the lubrication theory is used to derive the evolution equations of thin liquid film thickness and interfacial surfactant concentration. Characteristics of thin film flow and droplet spreading, as well as the influence of topography structure are numerically simulated with PDECOL code. Results show that under the action of gravitational component and Marangoni effects, the thin film flow and droplet spreading is accelerated; the capillary ridge emerges at the thin film edge and the droplet center; and at the bottom of the thin film and droplet, the depression is generated. While the deformation of liquid film free surface is more significant due to the effect of random topography. The increasing θ has a role of enhancing gravitational component and Marangoni effects, leading to the enhancement of the capillary ridge and depression. The increase of D promotes the thin film flow and droplet spreading, but causes the deformation amplified; and the increased k0 can induce the evolutions of thin film flow and droplet spreading to slow down and inhibit the formation of capillary ridge and depression. In addition, compared with the thin film flow, the impact of D and k0 on the speed of droplet spreading is relatively weak.
    • 基金项目: 国家自然科学基金 (批准号: 10972077, 11202079)和中央高校基本科研业务费(批准号: 13MS97)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 10972077, 11202079), the Fundamental Research Funds for the Central Universities of Ministry of Education of China (Grant No. 13MS97).
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出版历程
  • 收稿日期:  2013-06-17
  • 修回日期:  2013-07-03
  • 刊出日期:  2013-11-05

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