【摘 要】
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Python语言作为一种高级语言,具有开源、可扩展及可嵌入性等特点而被广泛应用于各个领域。本文利用Python代码简明、可扩展的优势结合C++的运算效率进行混合编程,完成了对液滴碰撞壁面的数值模拟计算,并通过Python中matplotlib库及读取图形的方式实现了计算结果的实时可视化。对于液滴碰撞模型,本文采用了基于扩散界面法的多相流混合算法,在该方法中,应用格子玻尔兹曼方法求解流场,多相界面通
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Python语言作为一种高级语言,具有开源、可扩展及可嵌入性等特点而被广泛应用于各个领域。本文利用Python代码简明、可扩展的优势结合C++的运算效率进行混合编程,完成了对液滴碰撞壁面的数值模拟计算,并通过Python中matplotlib库及读取图形的方式实现了计算结果的实时可视化。对于液滴碰撞模型,本文采用了基于扩散界面法的多相流混合算法,在该方法中,应用格子玻尔兹曼方法求解流场,多相界面通过直接求解Cahn-Hilliard方程获得。设定液滴与周围空气密度比和粘性比,分别研究了韦伯数（We）、雷诺数（Re）和壁面不同基质特性等对液滴撞击的影响。首先对液滴碰撞固体壁面进行分析发现,We数越大,液滴的变形幅度越大且恢复平衡的时间越长,撞击形成的液滴铺展也越大,但不影响液滴的最终稳定形态。Re数越大,液滴的回弹高度越高,所产生的震荡越多。通过改变液滴与壁面接触角θeq,得到不同亲-疏水性壁面对液滴撞击的影响。当d=0.5时,液滴在撞击过程中破裂的几率越大,而且在达到平衡状态时,液滴两端呈现下坠的形态;d=2.0时,液滴撞击后的变化幅度较小,并且液滴与壁面接触面较大;当撞击较小疏水区域时,液滴在平衡后会与疏水区域形成一个空气薄膜。共同现象为液滴在撞击壁面后,都趋向亲-疏水性边界达到平衡。最后在对液滴撞击液膜的分析中发现,在液滴与液膜表面张力的作用下,会产生飞溅现象。随着液膜厚度的增加,所产生飞溅的厚度越厚且高度越高,而较低厚度的液膜被撞击后,形成的飞溅向四周扩散速度越快。
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