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平衡接触角对受热液滴在水平壁面上铺展特性的影响
  • ISSN号:1000-3290
  • 期刊名称:《物理学报》
  • 时间:0
  • 分类:O552.421[理学—热学与物质分子运动论;理学—物理]
  • 作者机构:华北电力大学,电站设备状态监测与控制教育部重点实验室,保定071003
  • 相关基金:国家自然科学基金(批准号:11202079); 河北省自然科学基金(批准号:A2015502058)资助的课题
中文摘要:

壁面温度是影响壁面润湿性的重要外部条件.为解决液滴铺展中三相接触线处应力集中问题,已有研究多采用预置液膜假设,但无法探究壁面温度对润湿性的影响.本文针对受热液滴在固体壁面上的铺展过程,基于润滑理论建立了演化模型,通过数值模拟,从平衡接触角角度分析了温度影响壁面润湿性及铺展过程的内部机理.研究表明:随温度梯度增大,液滴所受Marangoni效应增强,致使液滴向低温区的铺展速率加快;铺展过程中,位于高温区的接触线与液滴主体部分间形成一层薄液膜,重力与热毛细力先后主导该区域的铺展;当液-固或气-液界面张力对温度的敏感度高于另两个界面时,低温区方向的平衡接触角不断增大,使壁面润湿性恶化,导致液滴铺展减慢;而当气-固界面张力对温度的敏感度高于其他两个界面时,低温区方向上的平衡接触角将减小,由此改善壁面润湿性,加快液滴铺展;在温度影响壁面润湿性和液滴铺展过程中,平衡接触角起关键作用.

英文摘要:

In most of researches about the droplet spreading on a substrate,one adopts a ‘precursor' layer to relieve the stress singularity near the contact line without considering wall properties,which,however,is inapplicable for studying the relationship of the wettability with wall temperature.In this paper,the spreading of a heated droplet on the solid substrate,under the action of the three-phase contact line,is simulated.The influences of the wall temperature on wettability and droplet spreading are examined from the viewpoint of equilibrium contact angle.The simulated results show that when the wall temperature is uniform,the evolution of droplet spreading is dominated only by the gravity,illustrating symmetrical spreading characteristics.When the temperature gradient is applied to the wall,the combination of thermocapillary force and gravity drives the droplet into spreading,therefore the main part of the droplet migrates toward the low temperature region due to the Marangoni effect.The left contact line continually moves toward the left side while the right contact line first moves toward the right side,then turns to the left side after the receding time.The spreading range of the droplet is changed notably because of different travelling speeds of the contact line on both sides.With the increase of the temperature gradient,the Marangoni effect is promoted,resulting in a faster migration toward the low temperature region.A thin film is formed between the contact line in the hotter region and the bulk of the droplet,where the gravity and thermocapillary force dominate the spreading successively.The present simulation shows that the surface wettability is not only dependent on its chemical composition and geometrical morphology,but also closely related to wall temperature.When the sensitivities of the liquid-solid,liquid-gas and solid-gas interfacial tensions to temperature are all identical,the equilibrium contact angle between the droplet and the wall keeps constant,leading to a uniform wettability on the wal

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期刊信息
  • 《物理学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国物理学会 中国科学院物理研究所
  • 主编:欧阳钟灿
  • 地址:北京603信箱(中国科学院物理研究所)
  • 邮编:100190
  • 邮箱:apsoffice@iphy.ac.cn
  • 电话:010-82649026
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-3290
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1958/O4
  • 邮发代号:2-425
  • 获奖情况:
  • 1999年首届国家期刊奖,2000年中科院优秀期刊特等奖,2001年科技期刊最高方阵队双高期刊居中国期刊第12位
  • 国内外数据库收录:
  • 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,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,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:49876