采用格子Boltzmann方法和Shan-Chen多相流模型,模擬研究了氣-液兩相流體在具有疏水凹坑的親水微通道中的流動減阻特性,重點研究了凹坑中滯留的氣體與液體形成的氣-液界面的曲率對流動減阻的影響,同時也分析了氣-液界面隨流體流動的變形規(guī)律。研究結果表明氣-液界面的曲率對流體流動有顯著影響,當氣-液界面曲率達到一定程度時,能夠顯著地減小流體的流動阻力,而當氣-液界面曲率超過某一臨界值,反而增加了流動阻力,在流動過程中氣-液界面的形狀改變與毛細管數相關。 

【文章來源】：燕山大學學報. 2020,44(01)北大核心

【文章頁數】：6 頁

【部分圖文】：

微通道示意圖

圖1 微通道示意圖圖2給出了凹坑寬度不同時,水相流體在通道中的速度隨θe變化的關系,從圖中可以看出氣-液界面的曲率對水相流體的流速影響顯著,水相流體在微通道中的流速隨θe先增大后減小,當0°<θe<30°時水相流體在通道中流動的速度最快,表明此時水相流體流動阻力最小,減阻效果最好。當θe>60°時,U/U0<1,水相流體在有凹坑存在的通道中流動速度低于水相流體在光滑親水通道中流動速度,水相流體在有凹坑存在的通道中流動阻力增加,凹坑的存在并不能使微通道具有減阻效果。從圖2中也可以清晰地看出凹坑的寬度對水相流體在微通道的流速也有一定影響,當θe低于60°時,在相同θe條件下,凹坑寬度越大,水相流體在通道中流動速度越快。當θe高于60°時,在相同θe條件下,凹坑寬度越大,水相流體在通道中流動速度越小,表明水相流體在通道中的流動阻力增大。

為了進一步研究氣-液界面微通道的減阻特性,研究了凹坑寬度對水相流體在氣-液界面微通道中流動速度的影響。當θe=0時,氣-液界面是一個平面,改變凹坑的寬度g,統(tǒng)計水相流體在通道中的流動速度U。凹坑寬度變化對水相流體流動速度的影響規(guī)律如圖3所示。圖3給出了水相流體的流速隨凹坑寬度變化的關系,從圖3中可以看出,當氣-液界面是一個平面時,水相流體在通道中的流動速度隨著凹坑寬度的增加而增大且成非線性關系,主要因為凹坑寬度越大,氣-液接觸面積越大,水相流體與壁面接觸面積越小,水相流體的氣-液自由剪切面越大,水相流體流動阻力越小,與文獻[26]結論一致。當凹坑寬度g不變,改變通道寬度D,研究了通道寬度對水相流體流動速度的影響如圖4所示。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]海水潤滑滑靴副的仿生凹坑表面動壓潤滑性能仿真研究[J]. 梁瑛娜,高殿榮.  燕山大學學報. 2016(03)
[2]基于Shan-Chen模型的格子Boltzmann方法在微流動模擬研究中的應用[J]. 張任良,狄勤豐,王新亮,丁偉朋,龔瑋.  力學與實踐. 2012(02)
[3]用格子Boltzmann方法模擬壁面微結構對管流特性的影響[J]. 張任良,狄勤豐,王新亮,顧春元,王文昌.  計算物理. 2011(02)



本文編號：3104796