附壁氩液滴蒸发过程的分子动力学模拟

作     者：唐瑞 

作者单位：重庆大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李友荣

授予年度：2018年

学科分类：081704[工学-应用化学] 07[理学] 070304[理学-物理化学(含∶化学物理)] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 0703[理学-化学] 

主      题：附壁液滴 蒸发 分子动力学模拟 热流量 接触角 

摘      要：附壁液滴的蒸发过程广泛存在于自然界和工业生产中,例如,喷墨打印、农药的蒸发、喷雾冷却和“咖啡环现象等。附壁液滴蒸发过程复杂而多变,基底润湿性对蒸发过程有着重要的影响。同时,蒸发时固-液界面附近存在一个卡皮查热阻,阻碍着固-液界面的热量传递,因此,研究固-液界面的热传递过程对理解液滴蒸发的能量传输机理非常重要。本课题采用分子动力学模拟方法,研究附壁氩液滴的蒸发过程,讨论系统初始温度及固-液能量参数对蒸发过程的影响,揭示固-液界面热量传递机制。主要研究内容和结论如下:首先,分析了真空环境下的附壁液滴蒸发过程,结果表明,当气相压力趋于饱和时,液滴处于稳态蒸发阶段,此时,在气-液界面存在一个密度骤降区域,在固-液界面存在一个密度增大的吸附层,同时,在气-固界面也有一定数量的氩原子发生吸附。随着系统初始温度的升高,液滴处于稳态蒸发时的接触角减小,随着能量参数的增大,液滴接触角也逐渐减小。然后,在液滴稳态蒸发阶段,对基底进行加热,研究附壁液滴加速蒸发过程。结果表明,蒸发分为三个阶段,即液滴接触半径不变,接触角减小;接触角不变,接触半径减小;接触角和接触半径均减小,直至消失。当液滴完全蒸发完时,在基底表面形成一层吸附层。同时,在加速蒸发过程中,在固-液界面存在卡皮查热阻,阻碍热量的传递。在固-液界面吸附层附近,大部分热量在吸附层内沿固-液界面切向方向传递,只有少部分热量沿法向方向从固体直接传递到液滴内部。最后,研究了系统初始温度和固-液间的能量参数对加速蒸发过程的影响。结果发现,随着系统初始温度的升高,液滴蒸发时间减少。同时,对亲水基底,随着系统初始温度升高,热流量增大,温度跳跃减小。液滴的蒸发时间随固-液能量参数的增加而减小,固-液能量参数越大,固-液界面的接触面积越大,更有助于传热。同时,对于亲水基底,随着固-液能量参数的增加,卡皮查热阻减小,使得固-液界面间的传热更有效。