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湍流飛濺與表面張力兩者之間有何關(guān)系?
來源: 鑄造焊接工藝設(shè)計與分析 瀏覽 896 次 發(fā)布時間:2024-07-10
湍流飛濺,通常發(fā)生在水流、風(fēng)等流體與固體表面相互作用時。當(dāng)流體速度達(dá)到一定值時,流體表面會出現(xiàn)不規(guī)則的波動和渦旋,這些波動和渦旋會不斷增強(qiáng)和演變,最終導(dǎo)致流體以微小的液滴形式從表面飛濺出去。
表面張力是液體表面的一種特殊性質(zhì),它使得液體表面具有一種收縮的趨勢。這種趨勢使得液體表面呈現(xiàn)出一種類似薄膜的結(jié)構(gòu),能夠抵抗外界的作用力。
表面張力的產(chǎn)生與液體分子間的相互作用力有關(guān)。在液體內(nèi)部,分子間的相互作用力是平衡的,但在液體表面,由于分子間的距離增大,相互作用力變得不平衡,導(dǎo)致液體表面呈現(xiàn)出一種收縮的趨勢。這種趨勢使得液體表面具有一種類似彈性的性質(zhì),能夠承受一定的外力而不破裂。
湍流飛濺與表面張力兩者之間有何關(guān)系?
雖然湍流飛濺和表面張力是兩個不同的物理現(xiàn)象,但它們在某些情況下會相互影響、相互作用。例如,在液體噴射過程中,當(dāng)噴射速度較高時,液體會形成湍流飛濺。此時,表面張力會對飛濺的液滴產(chǎn)生作用,使得液滴在空氣中保持一定的形態(tài)和穩(wěn)定性。同時,湍流飛濺也會對表面張力產(chǎn)生影響,使得液體表面的張力發(fā)生變化。
這種相互作用不僅會影響液體的噴射效果和性能,還會對設(shè)備的運(yùn)行和維護(hù)產(chǎn)生影響。因此,在研究液體噴射等流體現(xiàn)象時,需要充分考慮湍流飛濺和表面張力之間的相互作用。
今天就用一個簡單的案例,直觀地感受一下對于湍流和表面張力的模擬。
這個模擬,我們采用了雙相場,也就是液相和氣相一起分析。結(jié)果的輸出我們隱藏了液態(tài)部分,單獨(dú)顯示了氣體部分。在前半部分,非常直觀地看到隨著金屬液的快速倒入,氣泡的形成,出現(xiàn)湍流和飛濺的現(xiàn)象。除此之外,每個氣泡也是由表面張力去支撐的,這個氣泡如果特別大的話,表面張力不足以支撐這么大的氣泡,這個氣泡就會變小,打散成好幾個。
在金屬液充型的后期階段,湍流現(xiàn)象減少,變成平流,氣泡也減少了翻滾而變成隨著金屬液的流向上浮。
這就是采用CFD算法帶來的價值。更精確的流動分析和氣體流動性分析。