荷电液滴变形及破碎的数值模拟研究
液滴荷电可产生特殊的二次雾化现象使得静电雾化在改善雾化特性方面具有显著优势，越来越广泛地应用于工农业领域。由于涉及到自由界面的变形、撕裂和重组，荷电液滴的变形及破碎过程极其复杂。受测量技术发展的限制，实验研究很难对这一过程进行精确而统一的描述、解释和预测。利用数值计算方法可以捕捉在实验中难以观察到的荷电液滴破碎细节，对变形和破碎的影响规律进行系统地分析。本文在国家自然科学基金项目——荷电喷雾射流二次雾化及机理的研究(NO.51006047)的资助下，利用CFD技术对荷电液滴的变形破碎进行了数值模拟研究。
利用Levelset耦合VOF方法建立了重力作用下非荷电液滴破碎数值模型，计算了重力作用下毛细管液滴的演化过程。分析了液滴生成过程中的速度场和压力场的变化，以及管壁厚度对液滴尺寸的影响等。计算结果与实验数据较为吻合，验证了Levelset耦合VOF方法对模拟液滴破碎这类多相流问题的有效性。在此基础上，建立了荷电液滴破碎的数值计算模型，对静电场下荷电液体锥射流内部速度场的分布特性、泰勒锥的形成机理以及液滴破碎尺寸等进行了模拟研究。
建立了气力作用下液滴变形破碎的数值模型。分别通过控制We数与静电场电势对液滴的变形及破碎过程进行了模拟研究。结果表明:We数的增加促进了液滴的变形破碎，在适当范围内液滴的变形曲线与正弦曲线类似，具有较强的规律性;电势的增加同样能够促进液滴的振荡变形与破碎进程。并且，在相同We数下，荷电液滴的破碎时间短于非荷电液滴，其破碎模式与较高We数下的非荷电液滴的破碎模式相似。
静电雾化;荷电液滴;变形破碎;Levelset耦合VOF;数值模拟
江苏大学
硕士
流体力学
王军锋
2013
中文
TK421.43
85
2013-10-08（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）