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微管液滴形成模拟及关键阶段分析

高校化学工程学报 2013年第2期27卷 193-198页

作者：王定标杨俊勇梁珍祥王宏斌刘文郑州大学化工与能源学院河南郑州450001

在轴对称坐标系下,采用有限体积法求解液滴形成的N-S方程,运用Ansys 13.0中的VOF(Volume of Fluid)方法对重力作用下,流体在微管口液滴形成过程进行数值模拟,采用PLIC(Piecewise Linear Interface Construction)的几何重构方法成功捕捉... 详细信息

在轴对称坐标系下,采用有限体积法求解液滴形成的N-S方程,运用Ansys 13.0中的VOF(Volume of Fluid)方法对重力作用下,流体在微管口液滴形成过程进行数值模拟,采用PLIC(Piecewise Linear Interface Construction)的几何重构方法成功捕捉液滴形成、变化与脱落过程的气液交界面,得到与实验相一致的研究结果,表明建模方法可行。分析了速度对液滴运动过程的影响,在颈缩阶段,入流速度决定流体内部速度,轴线压力呈线性增加趋势;断裂阶段,重力决定流体内部速度,轴线压力与速度波动趋势一致,最后得到无量纲数A(液滴完整长度与管内径比)和We的关联式A 8.611 We 2.98。

关键词：低黏流体 VOF方法液滴形成自由表面数值模拟

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毛细管末端凝胶推进剂液滴形成过程数值研究

国防科技大学学报 2012年第6期34卷 94-99页

作者：刘泽军吴建军何振胡小平国防科技大学航天与材料工程学院湖南长沙410073

要开展凝胶推进剂液滴燃烧特性的实验研究,必须首先形成凝胶推进剂液滴,在毛细管末端形成液滴是常用的液滴生成方法之一。为了揭示毛细管末端凝胶推进剂液滴的形成过程,求解了轴对称坐标系下的N-S方程,采用VOF(volume of fluid)方法捕... 详细信息

要开展凝胶推进剂液滴燃烧特性的实验研究,必须首先形成凝胶推进剂液滴,在毛细管末端形成液滴是常用的液滴生成方法之一。为了揭示毛细管末端凝胶推进剂液滴的形成过程,求解了轴对称坐标系下的N-S方程,采用VOF(volume of fluid)方法捕捉液滴形成过程中气液交界面的演化规律,研究了无量纲液滴颈部直径DN/D0和无量纲液滴高度L/D0随时间的变化规律,并且与实验结果进行比较,验证了数值模型的可靠性。计算结果表明:在液滴形成过程中,液滴不是一直处于稳态;液滴颈部存在较大的剪切率,导致粘度下降,进而加快了颈部的断裂和自由液滴的形成;颈部断裂后,与液滴相连的部分迅速与液滴融合,出现很大的正向速度,而与毛细管末端相连的部分迅速收回,出现很大的负向速度。

关键词：凝胶推进剂液滴形成 VOF方法数值模拟

共轴流水包油型微液滴形成过程的实验与数值模拟研究

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高校化学工程学报 2017年第2期31卷 291-298页

作者：王號元邓朝俊王翰霖黄卫星四川大学化学工程学院四川成都610065

在不同操作条件下对水包油系统中微液滴的形成过程及粒径大小进行了系统实验观察和测试,同时利用VOF/CSF模型对液滴形成过程进行了数值模拟,模拟结果与实验非常吻合;在此基础上,考虑两相流速、黏度、界面张力及壁面效应等因素,对液滴形... 详细信息

在不同操作条件下对水包油系统中微液滴的形成过程及粒径大小进行了系统实验观察和测试,同时利用VOF/CSF模型对液滴形成过程进行了数值模拟,模拟结果与实验非常吻合;在此基础上,考虑两相流速、黏度、界面张力及壁面效应等因素,对液滴形成过程进行了进一步的模拟研究。结果表明,与传统油包水系统相比,水包油系统液滴的形成也有滴流(dripping)和射流(jetting)两种流型,但水包油系统能在更高的两相流速下保持滴流操作,而射流主要出现在离散相速度极高的条件下且很不稳定;滴流条件下生成的液滴具有很高的单分散性,且可改变流速提高产生频率,而射流条件下产生的液滴单分散性差,且易于出现卫星液滴;滴流条件下影响液滴粒径的显著因素是连续相流速、黏度、界面张力和壁面效应,其中前三者的影响可用毛细管数表征;研究对各影响因素的作用机理进行了阐释,并综合实验与模拟结果,给出了不同操作条件和装置尺寸下液滴生成粒径的预测关联式。

关键词：微流控共轴流水包油液滴形成液滴粒径

DOD式压电喷墨打印系统液滴形成过程的数值模拟

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包装工程 2014年第15期35卷 113-117,136页

作者：蔡昊董春法张祥林华中科技大学武汉430074

目的研究DOD式压电喷墨打印系统液滴形成过程。方法简化压电式喷墨打印头的几何模型,建立基于流体体积法的流体仿真模拟系统,模拟给定压力条件下液滴生成的全过程,并以此进行数值实验来评估油墨的表面张力和黏度对喷墨中液滴形成形态的... 详细信息

目的研究DOD式压电喷墨打印系统液滴形成过程。方法简化压电式喷墨打印头的几何模型,建立基于流体体积法的流体仿真模拟系统,模拟给定压力条件下液滴生成的全过程,并以此进行数值实验来评估油墨的表面张力和黏度对喷墨中液滴形成形态的影响。结果给出不同瞬间液滴的形态,得出适合于给定条件的最优参数组合。引入流体力学中的无量纲常数Z,评价表面张力和油墨黏度在耦合作用下液滴的成形状态。确定表面张力约为40 mN/m、黏度约为10 Pa·s、无量纲常数Z为4.56的油墨能够得到理想的单液滴喷射形态。结论将仿真的结果应用到实验中,对比分析可知吻合较好,证明了数值模拟的可靠性。

关键词：压电式喷墨打印数值模拟液滴形成

射流中主液滴形成机理与伴随液滴消除方法研究

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射流中主液滴形成机理与伴随液滴消除方法研究

作者：赵若霖河北工业大学

学位级别：硕士

射流过程中产生液滴是自然界中随处可见的现象,其广泛存在于医药及工农业生产中。主液滴形成过程中常常有体积更小的伴随液滴出现,在某些领域(如中药药丸制备)过多的伴随液滴会造成资源浪费,影响生产系统正常运行,因此有必要对射流过程... 详细信息

射流过程中产生液滴是自然界中随处可见的现象,其广泛存在于医药及工农业生产中。主液滴形成过程中常常有体积更小的伴随液滴出现,在某些领域(如中药药丸制备)过多的伴随液滴会造成资源浪费,影响生产系统正常运行,因此有必要对射流过程中主液滴的形成和伴随液滴的消除进行研究。本文通过数值模拟与试验结合的方式对射流过程中主液滴的形成机理进行研究,揭示滴头内径、液面高度、黏度、表面张力、密度、入口速度以及外加扰动频率等参数对主液滴形成的影响规律;采用外加纵向扰动的方式来消除伴随液滴,探索消除伴随液滴的最佳频率和规律。结果表明,滴头壁厚对主液滴的形成有着重要的影响,壁厚对主液滴的影响存在一个临界值(0.687 mm)。当壁厚小于临界值时,随着壁厚的增加,主液滴体积、断裂时间、断裂长度随之增加;当壁厚大于该值时,壁厚将对液滴生成无影响。在一定范围内,主液滴体积与入口速度、表面张力、滴头内径正相关,与密度、黏度负相关,影响程度:密度(29)表面张力(29)滴头内径(29)入口速度(29)黏度;断裂长度与入口速度、密度、黏度、滴头内径正相关,与表面张力负相关,影响程度:滴头内径(29)表面张力(29)入口速度(29)黏度(29)密度;生成周期与表面张力正相关,与入口速度、密度、黏度、滴头内径负相关,影响程度:滴头内径(29)密度(29)表面张力(29)入口速度(29)黏度;伴随液滴体积与入口速度、密度、黏度和滴头内径正相关,与表面张力负相关,影响程度:滴头内径(29)表面张力(29)黏度(29)密度(29)入口速度。通过对液滴形成过程的流线、速度场以及轴向速度分析发现,颈缩线断裂处液体速度和压力最大,一次断裂和二次断裂处液体运动方向相反。液滴在形成过程中存在涡旋,涡旋使伴随液滴上端向下运动,下端向上运动,导致伴随液滴在空中振荡。纵向扰动可以消除射流过程中的伴随液滴,不同工况下能消除伴随液滴的最佳频率也不同,最佳频率随着高度和滴头内径的增加而增加,随着甘油质量分数的增加而减少。纵向扰动在消除伴随液滴的同时,会使主液滴直径减小,基本消除液面高度对主液滴生成周期的影响,但对于其他参数对主液滴的影响趋势并未改变。本文通过研究射流过程中主液滴的形成机理与伴随液滴的消除方法,为实际工业生产中液滴的精准控制以及减少伴随液滴的产生提供了理论基础,对节约资源、降低生产运行成本以及环境保护起到了积极作用。

关键词：液体射流液滴形成主液滴伴随液滴纵向扰动

电子产品的喷墨印刷制造工艺与质量性能研究 ——压电式喷墨液滴形成与撞击过程的研究

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电子产品的喷墨印刷制造工艺与质量性能研究 ...

作者：王振宁江南大学

学位级别：硕士

喷墨技术最根本之处就是它形成的液滴,要想达到更高的生产效率和印刷质量,需要合适的高频率喷射的小液滴以及合理的液滴撞击扩散过程,这就涉及到了液滴的形成下落过程和液滴撞击基底的过程,两个过程均涉及复杂的流体形态变化,一直以来... 详细信息

喷墨技术最根本之处就是它形成的液滴,要想达到更高的生产效率和印刷质量,需要合适的高频率喷射的小液滴以及合理的液滴撞击扩散过程,这就涉及到了液滴的形成下落过程和液滴撞击基底的过程,两个过程均涉及复杂的流体形态变化,一直以来都是比较难处理的课题。为了提高对喷墨印刷的理论理解,了解液滴变化过程中的细节问题以及各因素可能对实际生产科研造成的影响,本文采用了数值模拟的方法来模拟喷嘴口处液滴的形成和液滴撞击基面的过程。首先以水为模拟对象研究了液滴的形成与下落过程。并通过选取四种其他不同表面张力和粘度的液体（液体A,B,C,D）做为测试液体,其中A,B和水有不同的表面张力但其他的性质相同（密度和粘度）;水,C和D有相同的粘度,其他性质不同,探讨了实际物理量表面张力和粘度对液滴喷射过程的影响,同时对液滴的断裂时间、液滴长度和尾液滴的变化做了比较。其次模拟了液滴撞击基底表面的过程,从液滴的形态、压力变化图等方面分析了液滴的扩散机理。液滴撞击固体基面是一个非常复杂的过程,涉及到了三相（气相、液相、固相）的变化,根据液滴面积的扩散情况可以将整个撞击过程分为四个阶段。液滴在基底上铺展受液滴粘度、液滴表面张力、撞击速度、接触角、液体性质及基底表面状况等因素的影响,我们主要分析了各因素对液滴的最大铺展半径和平衡态半径以及整个铺展过程所需时间的影响。经过研究表明,本文的数值模拟方法对于模拟液滴的形成以及接触碰撞问题具有很好的适用性,而且通过数值模拟的方法分析液滴的形成及沉积过程对实际应用具有重要意义。通过对液滴形成过程进行数值模拟可以深入理解液滴的形成机理,对于改进液滴喷射系统具有较强的指导意义;通过对液滴接触碰撞的模拟可以对液滴的沉积效果进行预测,对沉积中可能出现的各种缺陷进行预估,在此基础上控制相关的参数,以达到理想的沉积效果。

关键词：液滴数值模拟液滴形成撞击扩散

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温度对微通道中液滴形成的影响规律

中国科技论文 2012年第6期7卷 409-412页

作者：刘畅兰文杰徐建鸿骆广生清华大学化学工程联合国家重点实验室北京100084

在可控温的同轴环管型微通道中,以DMF/硅油体系作为研究对象,通过改变两相流量和温度来考察同轴环管型微通道内液滴形成规律,进行了液滴形成过程的理论分析。并根据体系黏度和界面张力随温度的变化在现有液滴直径预测模型的基础上进行修... 详细信息

在可控温的同轴环管型微通道中,以DMF/硅油体系作为研究对象,通过改变两相流量和温度来考察同轴环管型微通道内液滴形成规律,进行了液滴形成过程的理论分析。并根据体系黏度和界面张力随温度的变化在现有液滴直径预测模型的基础上进行修正,得到了液滴直径随温度变化的表达式,进而建立了更加准确的数学预测模型。研究结果表明,温度可以替代两相流量比作为调节液滴尺寸的另一途径。而且对于黏度随温度的变化与界面张力随温度的变化相差越大的体系,该调控效果越明显。

关键词：微通道液滴形成温度

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微通道管液滴形成机理的影响分析

科技视界 2014年第16期 13-14页

作者：杨振华戎宜生鲁涛中国人民武装警察部队工程大学装备工程学院陕西西安710086

在微通道管液滴形成的数值模拟过程中通常采用固定速度入口,而且主要集中于研究液滴外形的变化。为了更加系统全面的研究液滴的形成,本文使用固定压力入口,主要对液滴内部轴线速度的变化进行细致研究,运用有限体积法求解液滴形成的N-S方... 详细信息

在微通道管液滴形成的数值模拟过程中通常采用固定速度入口,而且主要集中于研究液滴外形的变化。为了更加系统全面的研究液滴的形成,本文使用固定压力入口,主要对液滴内部轴线速度的变化进行细致研究,运用有限体积法求解液滴形成的N-S方程,采用VOF方法以及基于PLIC的几何重构方法追踪液滴运动过程的自由表面,捕捉气液界面的演化过程。为微流控设备的设计和研究提供新的数值预测方法和参考。

关键词：计算流体力学方法微通道管液滴形成数值模拟

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三维微管液滴形成及破碎的数值模拟

广东化工 2014年第6期41卷 25-27,36页

作者：岳明李凯张永祥耿利红杨军郑州大学化工与能源学院河南郑州450001

基于多相流模型的VOF方法求解三维坐标下微管末端液滴形成过程,参考丙三醇溶液,分别探讨不同表面张力、密度、射流速度下液滴形成过程,和液滴断裂长度、形成时间、主液滴直径受其影响情况,并分析断裂阶段轴线上压力和轴向速度分布。

关键词： VOF 液滴破碎液滴形成数值模拟