采用格子Boltzmann方法（LBM）研究了T型微通道內冪律流體液滴運動行為及其流型相圖.主要研究了液滴冪律指數n對液滴破裂時頸部厚度、前端運動距離等形變特性以及流型相圖的影響.數值結果表明,冪律流體液滴在T型微通道內存在阻塞破裂、隧道破裂以及不破裂三種流型.在阻塞破裂過程中,液滴頸部厚度隨時間逐漸減小,且液滴冪律指數n越大,液滴頸部厚度隨時間減小得越慢.同時液滴前端運動距離隨時間線性增加,且隨著n的增加,液滴破裂時前端運動距離越長.在隧道破裂過程中,液滴頸部厚度也隨時間逐漸減小,與阻塞破裂相似,n越大液滴頸部厚度減小得越慢.與阻塞破裂相比,液滴隧道破裂時對應的臨界頸部厚度有所增加,且液滴前端運動距離隨時間先快速增加,然后再緩慢增加,隧道寬度隨時間近似呈對數增長.此外,液滴未破裂時液滴頸部厚度以及液滴前端運動距離出現波動現象.液滴的冪律指數n越大,液滴越容易破裂,但越不容易達到阻塞破裂.根據數值模擬結果得到了各流型相圖之間冪函數形式臨界分界線的擬合公式,該擬合公式可以預測不同流型. 

【文章來源】：應用數學和力學. 2020,41(10)北大核心CSCD

【文章頁數】：21 頁

【部分圖文】：

不同網格大小時無量綱液滴頸部厚度δ*隨無量綱時間的演化情況

根據Laplace定律可知,當系統(tǒng)達到穩(wěn)定時,表面張力系數σ恒定,且液滴內外的壓力差Pi-Po與液滴半徑的倒數1/r呈線性關系:為了驗證Laplace定律,在數值模擬中分別考慮了r=20,22,24,26,28和30六種情況.為了保證數值模擬結果具有一般性,研究了液滴為剪切變稀(n=0.7)、Newton(n=1.0)與剪切變稠(n=1.3)流體三種情形. 圖1(a)、 1(b)與1(c)分別給出了在冪律指數n為0.7、 1.0與1.3時得到的液滴內外壓力差Pi-Po與半徑倒數1/r的關系.由圖1可知,模擬結果與Laplace定律一致.

本小節(jié)對非Newton剪切變稀靜態(tài)液滴的靜態(tài)接觸角進行驗證.數值模擬中網格數為128×65,在計算區(qū)域下邊界中心處放置半徑r=20,密度ρl=0.5以及冪律指數n=0.7的非Newton半圓液滴,液滴周圍充滿了ρg=0.1的Newton氣體,初始氣液兩相的運動黏度均為νg=νl=1/6.計算域的邊界條件設置為:上下壁面是無滑移邊界條件,左右是周期邊界條件.圖3 穩(wěn)態(tài)接觸角θ與指標參數?wall的線性關系

【參考文獻】：
期刊論文
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本文編號：3219090