摘 要

液滴撞击壁面现象不但常见于大量工业过程，而且常见于生活方方面面，譬如农药喷洒、油漆喷涂、燃油喷射、雨滴降落等，属于一种非常普遍现象。由液滴撞击壁面过程来看，整个过程涵盖大量学科知识，包括传热传质学、表面材料学、流体力学等等，随着社会的发展、时代的进步，界面材料科学、微流控、微纳米等技术日益成熟，应用范围也越来越宽广，加之包含液相流体相关工业技术研究越来越深入，近几十年，液滴动态行为等研究连续取得突破性进展,而液滴的各种运动也得到越来越多的学者们广泛的关注，通过深入分析此过程，可获得一些有用结论，能够在诸多领域展现重大应用价值，因此相关研究有着必要性，值得人们更多关注和重视。

首先，本文主要简单分析了液滴撞击壁面的理论基础,先分析了液滴撞击壁面这一运动过程，从开始下落到撞击壁面以后的运动，然后通过对这个过程中作用在液滴上的各个力的受力分析，了解他们起的作用，并且推导出液滴关于各个物理参数之间的理论关系式，从理论上分析了液滴撞击壁面的动态行为。

其次，通过大量的文献搜集，整理并介绍了在液滴运动过程中包括液滴与液滴以及液滴与壁面之间常见的一些现象以及一些特殊的碰撞行为，像弹跳、润湿、脱落、飞溅等。并对这些现象加以分析，以及举出他们在我们生活中的相关例子和现象。

再次，还通过大量阅读文献和材料，比较详细的列举了液滴撞击壁面在我们生活中的一些常见的应用如喷墨打印、农药喷洒、燃油喷射，对他们的原理和液滴相关研究能起到的作用做了详细介绍，还详细说明了比较重要的超疏水表面和超亲水表面的特征以及他们的应用。

最后，由于湿润性即接触角是壁面的主要特征之一，因此着重研究了这一部分，依靠ANSYS软件内的fluent，使用VOF模型，围绕液滴撞击各种接触角条件壁面展开模拟分析，深入了解液滴撞击壁面从开始下落到碰壁后振荡和铺展这一动态过程，对液滴运动的界面行为表现得更加直观形象，并且通过改变不同的接触角条件，得出不同的界面变形现象，通过分析所得的模拟结果，明确接触角对此动态过程的影响。

关键词：液滴；界面；接触角；撞击

Abstract

Droplet impact on the wall is not only common in a large number of industrial processes, but also common in all aspects of life, such as pesticide spraying, paint spraying, fuel injection, raindrops falling, etc. . From the impact of the droplet on the wall, the whole process covers a great deal of knowledge, including Heat and Mass Transfer, surface materials, fluid mechanics, etc. , interface materials science, microfluidics, and micro / Nano technologies are becoming more mature and widely used. In addition, industrial technologies related to liquid phase fluids are being studied more deeply. In recent decades, the study of droplet dynamic behavior has made great progress, and the various motions of droplet have been paid more and more attention by scholars. By analyzing the process, some useful conclusions can be drawn, it can show great application value in many fields, so the related research is necessary and deserves more attention.

First of all, this paper briefly analyzes the theoretical basis of the droplet impact on the wall, first of all, the droplet impact on the wall this movement process, from the beginning of falling to the impact wall, then, by analyzing the forces acting on the droplets in this process, we get their functions, and deduce the theoretical relationship between the physical parameters of the droplets, the dynamic behavior of liquid droplets impinging on the wall is analyzed theoretically.

Secondly, some common phenomena and some special collision behaviors in the process of droplet movement, including droplet-droplet and droplet-wall interaction, are summarized and introduced through a large number of documents, such as bouncing, wetting, shedding, splashing, etc. . And to analyze these phenomena, and give them in our lives related examples and phenomena.

Thirdly, by reading a lot of literature and materials, I enumerate in detail some common applications of droplet impinging on wall, such as inkjet printing, pesticide spraying and fuel spraying, their principle and the effect of droplet related research are introduced in detail. The characteristics of Super Hydrophobic surface and Super Hydrophilic surface and their applications are also described in detail.

Finally, as wettability, that is, contact angle, is one of the main characteristics of the wall surface, so the study of this part is focused on, relying on the software of ANSYS fluent, using the VOF model, the simulation analysis is carried out around the wall surface under various contact angle conditions, to understand the dynamic process of the droplet impacting the wall from the initial drop to the Oscillation and spreading after hitting the wall, and to visualize the interface behavior of the droplet movement more visually, and by changing the different contact angle conditions, different interface deformations are obtained, and the influence of contact angle on the dynamic process is clarified by analyzing the simulation results.

Keywords: Droplet; interface; Contact Angle; Impact

目 录

第1章 绪论 1

1.1 课题的研究背景及意义 1

1.2 液滴运动的研究现状 2

1.3 液滴撞击壁面研究的局限性 6

1.4 本文研究的主要内容 6

第2章 液滴撞击壁面分析 7

2.1 液滴撞击壁面的过程 7

2.2 液滴撞击壁面的受力分析 7

2.2.1 表面张力 7

2.2.2 内部压力 8

2.2.3 粘性力 8

2.2.4 惯性力 9

2.2.5 边界层摩擦力 9

2.3 本章小结 9

第3章 液滴界面现象及应用分析 10

3.1 常见界面现象 10

3.1.1 润湿 10

3.1.2 弹跳 12

3.1.3 脱落 13

3.1.4 飞溅 14

3.1.5 撞击壁面 14

3.2 常见液滴撞击壁面应用 15

3.2.1 喷墨打印 16

3.2.2 农药喷洒 16

3.2.3 燃油喷射 16

3.2.4 超疏水表面 17

3.2.5 超亲水表面 18

3.3 本章小结 18

第4章 不同接触角条件撞击壁面模拟实验 19

4.1 软件介绍 19

4.2 模拟过程 19

4.3 液滴撞击壁面的动态行为过程 20

4.4 模拟结果分析 21

4.4.1 最大铺展直径 21

4.4.2 液滴高度 21

4.4.3 铺展系数 24

4.5 本章小结 24

第5章 结论与展望 25

5.1 结论 25

5.2 展望 26

参考文献 27

致谢 29

第1章 绪论

1.1 课题的研究背景及意义

早在先秦的著作《淮南子•说林训》中就有提到过,"山云蒸,柱础润",文章绘声绘色反映出表面液滴湿润作用。再者，由清晨花草上露珠飘摇欲落至换热器内冷凝液滴一系列物理变化，不管自然界亦或是工业界,液滴都扮演着一个对我们十分常见十分重要的角色，因此，研究价值非常重大，应当引起足够重视。

液滴的尺寸往往是处于毫米、微米或更小的纳米级别,不同于那些特征尺度较大的液相流体,故而界面张力等表面力会给液滴行为带来更直接影响，换言之，尺度在液滴行为分析阶段有着直接影响。另外，液滴合并、分裂等过程常常存在界面变形、乃至拓扑结构改变情况，如此一来，各个过程有着较高复杂性。此外液滴也存在一个突出特征，即各种界面上必然有着各种润湿情况，必须围绕实际出发来考虑，所以,这些种种原因使得我们对液滴的研究变得非常的复杂，只有克服这些困难与阻碍，才能让研究更全面、更透彻，进而获得准确、有效结论。

随着社会的发展、时代的进步，界面材料科学、微流控、微纳米等技术日益成熟，应用范围也越来越宽广，加之包含液相流体相关工业技术研究越来越深入，近几十年，液滴动态行为等研究连续取得突破性进展,而液滴的各种运动也得到越来越多的学者们广泛的关注，由此取得一些重要成果，整体发展愈发成熟。然而目前对液滴的开放性研究相对来说比较少,能够查阅到的文献也不是很多,所以可以在这块领域进行学习了解并尝试发表自己的一下见解和收获，从而为该领域发展贡献自身一份力量，推动社会更快发展与进步。