计算物理 ›› 2025, Vol. 42 ›› Issue (2): 182-191.DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8854
收稿日期:
2023-10-27
出版日期:
2025-03-25
发布日期:
2025-04-08
通讯作者:
叶学民
作者简介:
熊天桐, 硕士研究生, 主要从事流体力学理论研究, E-mail: 17692267938@163.com
基金资助:
Tiantong XIONG(), Xuemin YE*(
), Xiongfei XIE, Chunxi LI
Received:
2023-10-27
Online:
2025-03-25
Published:
2025-04-08
Contact:
Xuemin YE
摘要:
基于润滑理论和气相扩散与液滴蒸发之间的相互耦合作用, 建立液滴在均匀壁温固体基底上蒸发的数学模型, 推导出基于气相扩散模型的液滴厚度演化方程; 结合液滴接触线动力学求解准静态气相场, 通过数值计算分析气相作用下马兰戈尼数(Ma)和佩克莱数(Pek)对液滴蒸发进程的影响。结果表明: 与单边模型相比, 采用气相扩散模型时的液滴蒸发进程更慢、接触半径更小、蒸发速率更低, 其结果与实验结果更符合; 在气相扩散模型下, 减小Ma可增大液滴蒸发速率, 促进液滴蒸发; 增大Pek, 液滴附近的气体密度增大, 液滴蒸发速率加快。
熊天桐, 叶学民, 谢雄飞, 李春曦. 基于气相扩散模型的液滴蒸发动力学特性[J]. 计算物理, 2025, 42(2): 182-191.
Tiantong XIONG, Xuemin YE, Xiongfei XIE, Chunxi LI. Dynamics of Evaporating Droplet Based on Gas Phase Diffusion Model[J]. Chinese Journal of Computational Physics, 2025, 42(2): 182-191.
气相和液相网格 | 节点数/个 | 网格数/个 | xcr | 与方案3的相对误差 | 计算时长/h | |
方案1 | 液相 | 300 | 600 | 1.150 36 | 0.41% | 2.8 |
气相 | 200 | 32 439 | ||||
方案2 | 液相 | 500 | 1 000 | 1.149 56 | 0.34% | 5.4 |
气相 | 400 | 56 345 | ||||
方案3 | 液相 | 800 | 1 600 | 1.145 67 | 18.7 | |
气相 | 600 | 94 327 |
表1 网格无关性验证
Table 1 Validation of grid independence
气相和液相网格 | 节点数/个 | 网格数/个 | xcr | 与方案3的相对误差 | 计算时长/h | |
方案1 | 液相 | 300 | 600 | 1.150 36 | 0.41% | 2.8 |
气相 | 200 | 32 439 | ||||
方案2 | 液相 | 500 | 1 000 | 1.149 56 | 0.34% | 5.4 |
气相 | 400 | 56 345 | ||||
方案3 | 液相 | 800 | 1 600 | 1.145 67 | 18.7 | |
气相 | 600 | 94 327 |
图5 Ma对液滴演化特征参数影响(a) 接触线;(b) 接触角;(c) x=0处的液滴蒸发率分布;(d) 液滴蒸发剩余质量;(e) t=104液滴蒸发速率分布
Fig.5 Effect of Ma on characteristic parameters of droplet evolution (a) contact line; (b) contact angle; (c) droplet evaporation rate distribution at x=0; (d) remaining mass of droplet evaporation; (e) droplet evaporation rate distribution at t=104
图6 Ma对气-液界面参数影响(a) t=104时表面张力x方向的变化;(b)气-液界面密度演化
Fig.6 Effect of Ma on parameters at gas-liquid interface (a) variation of the surface tension in x direction at t=104; (b) density evolution of gas-liquid interface
图7 Pek对液滴演化特征参数的影响(a) 接触线;(b) 接触角;(c) t=104时的液滴蒸发率分布;(d) 液滴蒸发剩余质量
Fig.7 Effect of Pek on characteristic parameters of droplet evolution (a) contact line; (b) contact angle; (c) droplet evaporation rate distribution at t=104; (d) remaining mass of droplet evaporation
图8 不同Pek时ρg|int的时间演化和t=104时的气相密度分布(a) 气-液界面密度演化;(b) Pek=1.3时气相密度分布;(c) Pek=1.5时气相密度分布;(d) Pek=1.8时气相密度分布
Fig.8 Gas phase density distribution at different Pek and gas phase density distribution at t=104 (a) density evolution of gas-liquid interface; (b) gas phase density distribution at Pek=1.3; (c) gas phase density distribution at Pek=1.5; (d) gas phase density distribution at Pek=1.8
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