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电场作用下液滴分裂动力学行为的格子Boltzmann模拟
  • ISSN号:0438-1157
  • 期刊名称:《化工学报》
  • 时间:0
  • 分类:O359[理学—流体力学;理学—力学]
  • 作者机构:[1]上海交通大学机械与动力工程学院,上海200240
  • 相关基金:国家自然科学基金项目(51376130,50925624);国家重点基础研究发展计划项目(2012CB720404);上海科委基础研究重点项目(12JC1405100).
中文摘要:

采用格子Boltzmann方法(LBM)伪势模型,耦合流场和电场控制方程,研究了电场作用下油水共存体系中水滴分裂的动力学行为及特性,借助形变率衡量液滴的形变大小,展现了液滴从形变至分裂的动态演变过程,分析了外加电场大小和液滴内外介电常数比对液滴分裂行为的影响。结果表明:外加电场能促使液滴发生振荡形变,且存在临界电毛细数和临界介电常数比决定液滴是否发生分裂:高于临界值,液滴形变率振荡幅度随时间不断增长,最终发生分裂;低于临界值,则液滴形变率振荡幅度不断衰减,并最终趋于一稳定值。在此基础上,综合考虑电场强度与介电常数比的影响,提出了基于现有电毛细数的修正电毛细数唯一地表征电场作用下液滴分裂与否。

英文摘要:

The pseudo-potential model of the lattice Boltzmann method (LBM) coupled with the discrete electric field governing equations was used to simulate the dielectric-medium droplet breakup process under electric field. By introducing deformation rate as a measurement of droplet’s deformation, the whole evolution process of the droplet from deformation to breakup was presented. The influences of applied electric field strength and dielectric permittivity ratio of component inside to outside the droplet on the dynamic behavior of droplet breakup were investigated. Applied electric field promoted the deformation of droplet with deformation rate oscillating with time. There existed a critical electric capillary number (i.e. critical electric field strength) or a critical dielectric permittivity ratio, above which deformation rate oscillation amplitude was magnified continuously until breakup happened and below which the oscillation amplitude of deformation rate decayed continuously until deformation rate stabilized to a final steady value. Based on the simulation results, a modification of the present definition of electric capillary number was presented. With the modified electric capillary number, the influences of both electric field strength and dielectric permittivity ratio on droplet deformation and breakup could be analyzed integrally using a single parameter.

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期刊信息
  • 《化工学报》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学技术协会
  • 主办单位:中国化工学会 化学工业出版社
  • 主编:李静海
  • 地址:北京市东城区青年湖南街13号
  • 邮编:100011
  • 邮箱:hgxb126@126.com
  • 电话:010-64519485
  • 国际标准刊号:ISSN:0438-1157
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1946/TQ
  • 邮发代号:2-370
  • 获奖情况:
  • 中国科协优秀期刊二等奖,化工部科技进步二等奖,北京全优期刊奖,中国期刊方阵“双效”期刊,第三届中国出版政府奖
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:35185