FLUENT水滴在亲水性表面和疏水性表面的形态

余花生

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1 前言

 

    水滴滴在不同特性的表面上时会有不同的形态，滴在疏水性表面时，水滴通常会表现出球形形状，比如荷叶上的露珠；滴在亲水性表面时，水滴通常会在表面扩散开，形成液面。这个现象可以很容易的通过FLUENT的VOF多相流模型来模拟，本次案例将演示该现象，但是案例更有意义的一方面是表面张力、接触角的设定说明。

 

 

2 建模与网格

 

    建立如下的二维平面模型，尺寸10mm×10mm，划分四边形网格，网格尺寸0.05mm。假设在初始时刻，距离底面1mm的位置有个半径1mm的水滴，模拟水滴落到底面的形态变化。

 

 

3 求解设置

 

    对于本案例，启用层流模型更为合适。

    开启重力加速度项，方向为-Y，加速度值9.81m/s²。

    从材料库拷贝水蒸气和液态水材质。

    开启VOF多相流模型，设置主相为液态水，次相为水蒸气。设置表面张力模型为CSF，并设置黏附项为Wall Adhesion，表面张力系数为0.07N/m。

    将计算域的两边设置为对称边界，顶部和底部设置为壁面边界，同时设置底面的接触角（分别设置10°和120°）。对于壁面接触角的设定注意如下，测量位置是位于最左边那一列的介质的，因此需要结合主相和次相的设定顺序来设定接触角，使得与实际情况相符。

    初始化计算域的速度和压力均为0，充满水蒸气，并通过patch方式在相应位置创建一个水滴，初始效果如下。

    瞬态求解，时间步长取0.0001s。

 

 

4 计算结果

 

    液滴下落一段时间后，疏水表面上的液滴形态如下，基本保持球形。

    液滴下落一段时间后，亲水表面上的液滴形态如下，原来的液滴扩散成液面了。

   

来源：仿真与工程