液滴在化學(xué)圖案化表面蒸發(fā)行為的格子Boltzmann模擬研究

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1、碩士學(xué)位論文液滴在化學(xué)圖案化表面蒸發(fā)行為的的格子Boltzmann模擬研究格子作者姓名田亮亮學(xué)科專業(yè)能源化學(xué)工程指導(dǎo)教師蔣翔副研究員所在學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院論文提交日期2018年4月LatticeBoltzmannSimulationofEvaporationBehaviorofDropletonChemicllyPatternedSurfacesADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：TianLiangliangSupervisor：AssociateProf.JiangXia

2、ngSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分類號：TQ學(xué)校代號：10561學(xué)號：201520118699華南理工大學(xué)碩士學(xué)位論文液滴在化學(xué)圖案化表面蒸發(fā)行為的格子Boltzmann模擬研究作者姓名：田亮亮指導(dǎo)教師姓名、職稱：蔣翔、副研究員申請學(xué)位級別：碩士學(xué)科專業(yè)名稱：能源化學(xué)工程研究方向：傳熱與節(jié)能工程論文提交日期：2018年4月24日論文答辯日期：2018年6月2日學(xué)位授予單位：華南理工大學(xué)學(xué)位授予日期：年月日答辯委員會成員：主席：常杰委員：蔣翔、黃揚明、潘朝群、王衛(wèi)星摘要液滴的蒸

3、發(fā)現(xiàn)象是自然界的一個基本現(xiàn)象，在自然科學(xué)和工程的各個領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用例如噴霧冷卻，噴墨印刷，涂層，芯片制造，微流體裝置和燃料電池等。液滴在固體表面的蒸發(fā)行為受到固體表面結(jié)構(gòu)特征的影響，液滴在不同基底表面上的蒸發(fā)行為也不同。目前對液滴蒸發(fā)的研究大多以理論研究和實驗研究為主，基于數(shù)值模擬方法的研究鮮有文獻報道。為此，采用格子Boltzmann的數(shù)值模擬方法研究液滴在不同化學(xué)圖案化表面上的蒸發(fā)行為。基于D2Q9（二維九速）速度離散模型的多松弛時間多相LBM（LatticeBoltzmannMethod）偽勢模型對單個液滴在三種不同條紋寬度的化學(xué)

4、圖案化表面的蒸發(fā)行為進行了二維數(shù)值模擬。模擬結(jié)果表明，液滴在垂直條紋方向的蒸發(fā)模式為“Stick-Slip-Jump”(粘-滑-跳躍)模式，CCR（恒接觸面積）與CCA（恒接觸角）交替出現(xiàn)。在平行條紋方向液滴以CCR模式蒸發(fā)。模擬結(jié)果與實驗基本吻合。基于D3Q15（三維十五速）速度離散模型的多松弛時間多相LBM偽勢模型對單個液滴在不同條紋寬度的化學(xué)圖案化表面的蒸發(fā)特性進行了三維數(shù)值模擬。模擬結(jié)果與基于二維模擬的結(jié)果類似，液滴在垂直條紋方向的蒸發(fā)?！癝tick-Slip-Jump”模式，CCR與CCA交替出現(xiàn)。在平行條紋方向液滴以CCR模式蒸

5、發(fā)。其中數(shù)值模擬的接觸角與實驗值的相對誤差為14.08%，數(shù)值模擬的接觸半徑與實驗值的相對誤差最大為25%，最小為0。模擬結(jié)果與實驗基本吻合，驗證了模型的適用性。基于D3Q15速度離散模型的多松弛時間多相LBM偽勢模型對單個液滴在不同圓環(huán)形寬度的化學(xué)圖案化表面的蒸發(fā)特性進行了三維數(shù)值模擬。模擬結(jié)果表明，液滴在圓環(huán)形化學(xué)圖案化表面的蒸發(fā)模式也為“Stick-Slip-Jump”模式，CCR與CCA交替出現(xiàn)。隨著蒸發(fā)的進行，液滴滑移持續(xù)的時間變小。圓環(huán)寬度主要影響液滴出現(xiàn)跳躍的次數(shù)。上述結(jié)果表明液滴在條紋形和圓環(huán)形兩種化學(xué)圖案化表面的蒸發(fā)模式均

6、為“Stick-Slip-Jump”模式?；贚BM的數(shù)值模擬結(jié)果與實驗結(jié)果基本吻合。通過LBM能夠較準確的模擬液滴在化學(xué)圖案化表面的蒸發(fā)行為。關(guān)鍵詞：化學(xué)圖案化表面；液滴蒸發(fā)；蒸發(fā)模式；格子Boltzmann方法IABSTRACTTheevaporationofdropletsisafundamentalphenomenoninnature.Ithasbeenwidelyusedinvariousfieldsofnaturalscienceandengineeringsuchasspraycooling,inkjetprinting,co

7、ating,chipmanufacturing,microfluidicdevices,andfuelcells.Theevaporationbehaviorofthedropletonthesolidsurfaceisaffectedbythestructuralcharacteristicsofthesolidsurface.Theevaporationbehaviorofthedropletondifferentsubstratesurfacesisalsodifferent.Atpresent,theresearchondrople

8、tevaporationmostlyfocusesontheoreticalresearchandexperimentalresearch.Therearefewreportsb