荷電液滴變形及破碎的數(shù)值模擬研究.pdf

1、液滴荷電可產(chǎn)生特殊的二次霧化現(xiàn)象使得靜電霧化在改善霧化特性方面具有顯著優(yōu)勢，越來越廣泛地應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)領(lǐng)域。由于涉及到自由界面的變形、撕裂和重組，荷電液滴的變形及破碎過程極其復(fù)雜。受測量技術(shù)發(fā)展的限制，實(shí)驗(yàn)研究很難對這一過程進(jìn)行精確而統(tǒng)一的描述、解釋和預(yù)測。利用數(shù)值計(jì)算方法可以捕捉在實(shí)驗(yàn)中難以觀察到的荷電液滴破碎細(xì)節(jié)，對變形和破碎的影響規(guī)律進(jìn)行系統(tǒng)地分析。本文在國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目——荷電噴霧射流二次霧化及機(jī)理的研究(NO.5100604

2、7)的資助下，利用CFD技術(shù)對荷電液滴的變形破碎進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。
　　 利用Levelset耦合VOF方法建立了重力作用下非荷電液滴破碎數(shù)值模型，計(jì)算了重力作用下毛細(xì)管液滴的演化過程。分析了液滴生成過程中的速度場和壓力場的變化，以及管壁厚度對液滴尺寸的影響等。計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)較為吻合，驗(yàn)證了Levelset耦合VOF方法對模擬液滴破碎這類多相流問題的有效性。在此基礎(chǔ)上，建立了荷電液滴破碎的數(shù)值計(jì)算模型，對靜電場下荷電液體錐

3、射流內(nèi)部速度場的分布特性、泰勒錐的形成機(jī)理以及液滴破碎尺寸等進(jìn)行了模擬研究。
　　 建立了氣力作用下液滴變形破碎的數(shù)值模型。分別通過控制We數(shù)與靜電場電勢對液滴的變形及破碎過程進(jìn)行了模擬研究。結(jié)果表明:We數(shù)的增加促進(jìn)了液滴的變形破碎，在適當(dāng)范圍內(nèi)液滴的變形曲線與正弦曲線類似，具有較強(qiáng)的規(guī)律性;電勢的增加同樣能夠促進(jìn)液滴的振蕩變形與破碎進(jìn)程。并且，在相同We數(shù)下，荷電液滴的破碎時(shí)間短于非荷電液滴，其破碎模式與較高We數(shù)下的非荷電