微尺度空泡潰滅驅動Janus顆粒運動機理研究.pdf

1、受限空泡的潰滅是氣泡動力學的核心問題，研究已表明宏觀尺度的空泡潰滅可以拉動同尺度的懸浮顆粒運動，但微尺度下相關研究還很少。隨著空泡潰滅在工程領域的應用越來越廣，空泡潰滅時的高速射流在人工微納馬達領域的應用開始受到重視?？张轁缧纬傻母咚偕淞鲗ξⅠR達具有很好的推動作用，較以往推動效應提高了2個量級。對微尺度下空泡潰滅對微球的影響的研究能夠很好的了解其機理及作用過程，為自驅動效率的提高具有重要的指導意義。
　　氣泡驅動的微馬達實驗發(fā)現(xiàn)

2、微氣泡潰滅形成射流能夠顯著推動馬達向前運動，由于微氣泡潰滅時間很短，MicroPIV系統(tǒng)不能完整記錄潰滅過程。所以采用基于FLUENT商業(yè)軟件的Volume of Fluid多相流模型，最終實現(xiàn)微尺度下空泡鄰近微球潰滅過程的模擬。
　　首先，建立二維軸對稱模型，對微尺度下空泡鄰近平直壁面潰滅進行模擬。得出空泡潰滅過程的相圖及流場情況，分析發(fā)現(xiàn)本模擬結果與前人研究基本一致，說明了采用VOF方法模擬微空泡潰滅過程的可行性。
　　

3、其次，模擬了微尺度空泡在微球附近的潰滅過程，對比不同參數(shù)下多種工況的數(shù)據(jù)結果分析，空泡形成射流和空泡潰滅所形成的高壓對微球受力的影響?？张轁缦Ш螅淞骱透邏簩ξ⑶蜃饔眯Ч嗤?，均是使微球朝向背離空泡方向運動。
　　最后，根據(jù)微球受力情況，通過積分微球獲得的沖量給出了微球所能達到的速度。結果表明在微尺度下空泡潰滅足以推動微球顯著運動，在氣泡尺寸固定的情況下，微球半徑越小，微球與氣泡間距離越近，推動的效果越明顯。沖量定理則定性地解