[发明专利]基于VOF和动态网格自适应的双液滴撞击平坦固体表面的数值仿真测试方法

说明书

本发明公开了一种基于VOF和动态网格自适应的双液滴撞击平坦固体表面的数值仿真测试方法：首先，在gerris软件中定义理想的计算域尺寸以及确定计算域的边界条件；接着，导入固体边界以及明确固体边界条件；其次，指定初始条件、给定初始化网格；再者，使用笛卡尔网格动态自适应细化功能；然后，解算整个计算域，输出相应的计算结果；最后，将输出的计算结果导入tecplot中可视化gerris的仿真结果。本发明实现了一种基于VOF和动态网格自适应的双液滴撞击平坦固体表面的数值仿真方法，得到了双液滴撞击平坦固体表面的的流动过程，分析其流动规律和流态特征提供了一种精确的数值计算方法。

技术领域

本发明涉及液滴润湿技术领域，特别是涉及一种基于VOF和动态网格自适应的双液滴撞击平坦固体表面的数值仿真测试方法。

背景技术

液滴撞击壁面及其在璧面上的运动、形态演化过程称为液滴撞击壁面过程，是气液两相流中典型的自由表面流动问题。液滴撞击壁面的作用机理在工业、农业、电子制造业等相关领域被广泛应用，如降膜蒸发、燃料喷雾、农药喷洒以及喷丸沉积等。对于液滴撞击壁面运动、形态及动力学特征研究，不仅可以科学地认知液滴撞击壁面过程产生沉积、飞溅以及破碎的机制研究，得到各行为动力学的临界判据对指导相关工程技术应用是极有意义的。

Yarin[1]比较全面综述了液滴撞击干壁面所的产生铺展、回缩、反弹、指状飞溅等运动的机制及无量纲判别条件。宋云超[2]分析了液滴撞击干壁面铺展过程中运动形态及其特征参数并提出了发生飞溅的判据。Rioboo[3]对液滴撞击干壁面进行了试验研究，他使用水滴和乙醇撞击不同粗糙度的玻璃壁面，给出六种可能的运动形态并对其变化过程进行了分析。Rioboo[4]引用无量纲铺展长度随无量纲时间的演化过程将液滴撞击干壁面分为运动、铺展、弛豫和湿润/平衡四个阶段，着重讨论了撞击速度、液滴直径、黏度、表面张力、壁面粗糙度幅度及其波长等影响。在试验中，他使用水、甘油、异丙醇及硅油四种材料在不同We数下撞击玻璃基底，着重考查铺展阶段中铺展因子的变化。已有的绝大部分研究是基于实验基础，通过控制变量的方法对不同的实验结果进行定性分析和描述，研究不同形态之间转变的判据。但是实验结果很难深入液滴内部动力学特征上解释实验现象，而数值模拟则可以通过研究液滴碰撞过程中速度场、压力场等信息。曾祥辉[5]利用VOF方法建立了单液滴碰撞与基板碰撞的沉积模拟并研究了其内部的流场变化。李燕[6]应用VOF模型对液滴撞击后变形过程进行了数值模拟，并研究了流场、压力场的变化。

双液滴撞击平坦固体表面可能会经历双液滴碰壁各自碰壁、液滴间相互碰撞、相溶、铺展形成附壁液膜、形成皇冠形空间液膜及液膜破碎等过程的动力学行为。故此，模拟双液滴撞击平坦固体表面的流动过程，得到其流动规律和流态特征能够促进液滴撞击壁面物理过程的理论解释。但是已有研究对毫米级双液滴撞击平坦固体表面的研究较少。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种基于VOF和动态网格自适应的双液滴撞击平坦固体表面的数值仿真测试方法，应用VOF界面追踪和网格动态自适应技术模拟双液滴撞击平坦固体表面的流动过程，为模拟双液滴撞击平坦固体表面的流动过程，得到其流动规律和流态特征提供了一种精确的数值模拟方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明提供了一种基于VOF和动态网格自适应的双液滴撞击平坦固体表面的数值仿真测试方法，包括如下步骤：

(1)在gerris软件中定义理想的计算域尺寸以及确定计算域的边界条件；

(2)导入固体边界以及明确固体边界条件；

(3)指定初始条件、给定初始化网格；

(4)使用笛卡尔网格动态自适应细化功能；

(5)解算整个计算域，输出相应的计算结果；

(6)将输出的计算结果导入tecplot中可视化gerris的仿真结果。