含纳米粒子液滴蒸发流动过程及粒子沉积特性研究

来源 :华北电力大学(保定) | 被引量 : 0次 | 上传用户:yintao001
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含有纳米粒子的液滴在固体表面蒸发后会形成一定的沉积图案,通过改变纳米粒子形状、基底温度、基底倾角、初始颗粒浓度,添加活性剂,增加电场等都可以对图案进行一定的控制,这些控制技术在喷墨打印、涂层技术等领域起着至关重要的作用,深入研究这些因素对液滴蒸发影响的内在机理有助于更好地对沉积图案进行控制。因此,本文采用数值模拟的方法,深入分析了加热基底上含纳米粒子液滴的蒸发及粒子沉积特性:
  (1)针对含纳米粒子液滴在均匀加热水平固体基底上的蒸发及粒子沉积过程,基于润滑理论建立了液滴厚度和纳米粒子浓度的演化方程组,并在方程中引入了适合不同形状纳米粒子的粘度模型,分析了含各向异性纳米粒子液滴的蒸发及粒子沉积过程。研究表明增加初始浓度会使液滴产生均匀沉积,界面热阻的减小以及过热度的增加都会加厚液滴边缘的粒子沉积,不同形状纳米粒子沉积范围的大小为:球形>棒状>椭球,沉积厚度的大小为:椭球>棒状>球形。
  (2)在(1)的基础上根据已有的粘度实验数据拟合了综合考虑温度和纳米粒子体积分数影响的粘度模型,利用该模型研究了基底温度对粒子沉积特性的影响。计算结果表明随着基底温度的增加,液滴的铺展范围变大,液滴边缘处粒子的沉积厚度变薄。
  (3)深入分析了对含球形纳米粒子液滴在均匀加热倾斜固体基底上的蒸发及粒子沉积过程,以润滑理论为基础建立了液滴厚度和纳米粒子浓度的演化方程组,并对液滴的蒸发及粒子沉积过程进行了理论研究,研究表明根据两侧接触线的移动状况,倾斜基底上液滴的蒸发过程可被分为三个阶段:液滴进行移动铺展,液滴铺展范围不断变大;液滴进行移动收缩,液滴铺展范围不断减小;液滴进行定扎收缩,前端接触线固定在基底上,后端接触线不断下移。此外,随着基底倾角的增加,粒子沉积高度呈现先变大后减小的变化,随着初始浓度的增加,粒子的沉积由环状沉积逐渐向均匀沉积转变。
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