黏性液滴冲击散粒体壁面的运动机理研究

在喷淋覆膜过程中，黏性液滴冲击散粒体壁面的运动过程是控制喷淋覆膜质量的关键技术，研究黏性液滴冲击散粒体壁面的运动过程对确定覆膜厚度、覆膜均匀程度和覆膜过程中的扬尘具有重要实际工程意义。流体喷射与固体颗粒相互间冲击、碰撞的耦合运动过程涉及到黏性液滴与固体颗粒的碰撞、液滴破碎、固体颗粒是否稳定等一系列复合运动问题，要应用到流体力学、泥沙运动力学和空气动力学等多学科理论基础，对研究冲击、碰撞情况下固液气多相流动问题，建立基本运动方程和辅助方程具有重要的理论意义。黏性液滴冲击散粒体壁面的运动过程是复杂的多相流动问题，包含一定的不确定和随机因素，许多参数关系需要大量的试验和实际观测资料来确定，通过试验研究确定辅助方程中的物理参数，验证多相流运动计算模拟成果，观测喷淋覆膜效果，优化喷淋要素选择，具有重要的实用价值。研究应用光滑粒子流体动力学方法描述大变形多相流运动问题，是当前数值模拟中的重要研究课题。

本研究采用试验研究、理论分析、数值模拟等手段，对黏性液滴冲击散粒体壁面的相关核心问题进行一系列研究，主要研究内容如下：（1）在二维黏性不可压缩N-S方程的基础上，采用SPH方法对液滴（水珠）以一定的初速度冲击盛水容器内液面问题进行数值模拟研究。研究过程中通过搜索自由表面粒子，在表面粒子之间，考虑了表面张力的作用；运用人工黏性解决了初始冲击效应；同时引入边壁虚粒子和镜像虚粒子处理边界条件，很好地解决了粒子法的边界缺陷问题，并消除了容器角落处实粒子的不稳定现象。（2）采用SPH方法对液滴撞击带孔壁面问题进行研究，提出了随计算区域变化的链表搜索法。结合试验进一步研究了不同物理条件下黏性、重力和内部压应力波动对铺展过程中液滴在孔口运动情况的影响，详细分析了有限时间段内孔口断面处的压强变化。（3）基于Visual Basic和Fortran语言的混合编译方法建立VBF-SPH可视化驾驭式模型，并且改进了传统的链表搜索方法，不但提高了模型的建立和运算效率，而且使得模型的整个计算过程可以得到有效的监测和控制。（4）建立了大坝表孔泄流的SPH模型，提出了采用补水边界方法来满足库区恒定水位条件，模拟了表孔泄流的流场变化及粒子运动过程。（5）利用SPH数值模拟方法，建立超疏水表面热传导和相变的数学模型，进行疏水表面泡核沸腾及滴状冷凝热传递的研究。应用LAMMPS平台，实现SPH方法与分子动力学方法的跨尺度耦合模拟。