喷墨液滴撞击多孔介质表面的铺展渗透特性研究

作     者：马依礼 

作者单位：西安理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：武秋敏;李征

授予年度：2024年

学科分类：080704[工学-流体机械及工程] 080103[工学-流体力学] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

主      题：喷墨印刷 数值仿真 多孔介质 液滴铺展 

摘      要：液滴撞击现象常见于人们的生活及工业生产中。在喷墨印刷中,墨滴在墨水腔室的压力下从喷嘴喷出,撞击到承印物表面后不断铺展并在纸张表面多孔结构的作用下向纸张内部渗透,形成印刷记录点。液滴的铺展及渗透是一个复杂的过程,不仅受到液滴特性的影响,还受到多孔介质属性的影响。本文采用数值仿真与实验研究相结合的方法,研究喷墨印刷液滴撞击多孔介质动态变化过程的铺展与渗透特性。分析单液滴及双液滴撞击多孔介质过程中,流体特性、液滴物性以及多孔介质特性对液滴在多孔介质表面铺展及渗透动态行为的影响规律。研究内容如下: (1)采用流体体积VOF(Volume of Fluid)方法建立单液滴撞击多孔介质的数值模型,对单液滴撞击多孔介质的动态演化进行数值模拟,分析单液滴撞击铺展及渗透过程中的动态行为。研究单液滴撞击多孔介质时,液滴流体特性(粘度、表面张力)、液滴物性(直径、撞击速度)以及多孔介质特性(多孔介质孔隙率、平均颗粒直径、平衡接触角)等影响因素对液滴铺展因子、无量纲渗透深度及液膜厚度的影响规律,获得最大铺展因子及达到最大铺展因子的时间。 (2)考虑双液滴撞击的情况,建立双液滴撞击多孔介质的数值模型,对双液滴撞击多孔介质的动态演化进行数值模拟。研究液滴间距、流体特性(粘度、表面张力)、液滴物性(撞击速度)以及多孔介质特性(多孔介质孔隙率、平均颗粒直径、平衡接触角)等影响因素对双液滴融合后的铺展直径、中心渗透深度以及中心液膜厚度的影响规律,获得液滴最大铺展直径及达到最大铺展直径的时间。 (3)搭建微液滴撞击多孔介质的实验平台,研究液滴直径、液滴撞击速度及多孔介质颗粒直径对液滴铺展因子的影响规律。表明液滴在多孔表面撞击运动过程中,液滴直径及撞击速度的增大有利于液滴铺展,多孔基底颗粒直径的大小对液滴铺展因子的影响最大。将实验结果与数值模拟结果对比,证明数值模型的有效性。