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湍流飞溅与表面张力两者之间有何关系?

来源: 铸造焊接工艺设计与分析 浏览 54 次 发布时间:2024-07-10

湍流飞溅,通常发生在水流、风等流体与固体表面相互作用时。当流体速度达到一定值时,流体表面会出现不规则的波动和涡旋,这些波动和涡旋会不断增强和演变,最终导致流体以微小的液滴形式从表面飞溅出去。


表面张力是液体表面的一种特殊性质,它使得液体表面具有一种收缩的趋势。这种趋势使得液体表面呈现出一种类似薄膜的结构,能够抵抗外界的作用力。


表面张力的产生与液体分子间的相互作用力有关。在液体内部,分子间的相互作用力是平衡的,但在液体表面,由于分子间的距离增大,相互作用力变得不平衡,导致液体表面呈现出一种收缩的趋势。这种趋势使得液体表面具有一种类似弹性的性质,能够承受一定的外力而不破裂。


湍流飞溅与表面张力两者之间有何关系?


虽然湍流飞溅和表面张力是两个不同的物理现象,但它们在某些情况下会相互影响、相互作用。例如,在液体喷射过程中,当喷射速度较高时,液体会形成湍流飞溅。此时,表面张力会对飞溅的液滴产生作用,使得液滴在空气中保持一定的形态和稳定性。同时,湍流飞溅也会对表面张力产生影响,使得液体表面的张力发生变化。


这种相互作用不仅会影响液体的喷射效果和性能,还会对设备的运行和维护产生影响。因此,在研究液体喷射等流体现象时,需要充分考虑湍流飞溅和表面张力之间的相互作用。


今天就用一个简单的案例,直观地感受一下对于湍流和表面张力的模拟。


这个模拟,我们采用了双相场,也就是液相和气相一起分析。结果的输出我们隐藏了液态部分,单独显示了气体部分。在前半部分,非常直观地看到随着金属液的快速倒入,气泡的形成,出现湍流和飞溅的现象。除此之外,每个气泡也是由表面张力去支撑的,这个气泡如果特别大的话,表面张力不足以支撑这么大的气泡,这个气泡就会变小,打散成好几个。

在金属液充型的后期阶段,湍流现象减少,变成平流,气泡也减少了翻滚而变成随着金属液的流向上浮。


这就是采用CFD算法带来的价值。更精确的流动分析和气体流动性分析。