分散相液滴碰撞聚结行为的实验和数值模拟研究
分散相液滴的碰撞聚结在石油化工、生物医疗等领域具有广泛应用。目前分散相液滴碰撞聚结的数值模拟研究主要关注于分散相油滴在水相中的聚结，各种物性参数、控制参数对聚结时间的宏观影响；实验方面也大都是依靠电场力、磁场力等外力驱动。而关于分散相液滴在油相中碰撞聚结的微观机理研究还有进一步探究的空间。本文基于液滴碰撞实验平台以及OpenFOAM开源计算平台开展了分散相液滴在油相中碰撞的实验与数值模拟研究，为进一步理解液滴碰撞聚结行为奠定理论基础，为实际工程应用提供指导建议。具体的研究工作可分为以下两部分： 一、基于分散相液滴在油相中的碰撞机理设计并搭建了配有高速摄像装置的液滴碰撞实验平台，宏观的研究了液滴在不同工况条件下的碰撞模态以及油相物性参数、液滴尺寸比、碰撞参数对碰撞聚结的影响。实验结果表明：（1）在型号为PMX-2005的硅油中，液滴在不同的工况条件下碰撞会出现滑移分离、立即聚结和拉伸聚结三种变化模态，并对三种模态进行了分析；（2）在较高的油相粘度和界面张力下，液滴变形量明显下降，液滴聚结时间缩短；液滴尺寸比增大，液滴的轴向形变量减小，液滴聚结速率增快；当碰撞参数增大时，液滴聚结时间增加。 二、基于OpenFOAM开源计算软件，利用流体体积法（VolumeofFluidmethod，VOF）追踪水油两相界面，通过对比文献中数值模拟和实验的结果验证了本文所使用的数值模型的准确性，并从微观角度分析了分散相液滴在不同油相中的碰撞，以及物性参数和工况参数对碰撞过程和聚结时间的影响。结果表明：（1）在油相粘度和界面张力相互制约的作用下，液滴油膜厚度曲线的规律是非单调的，当相互制约的作用增大时，液滴的变形被抑制；（2）在物性参数的影响中，水油界面张力占主导，从而通过控制液滴的变形来提高聚结效率；（3）对于不等尺寸的液滴碰撞，碰撞复合体整体上移，且液滴两侧的涡旋增大，促进液滴排油；液滴在不同初始直径下有相似的变形过程；随着碰撞参数的增加，液滴两侧的速度矢量更密集，从而使液滴变形的程度增强；（4）基于对心碰撞的聚结时间，获得了关于韦伯数（Webernumber，We）和雷诺数（Reynoldsnumber，Re）的聚结时间拟合公式。
分散相液滴;液滴碰撞;聚结行为;数值模拟
中国计量大学
硕士
控制工程
钱丽娟;廖鑫海
2020
中文
O351.2
2022-06-10（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）