液滴形成与下落过程分析.pdf

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 f F 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 s J 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 5 2N i c h o l sBDH i r t CWH o t c h k i s 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 m f 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 s A l a m o s t N M1 9 8 0 3M 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 D F l