.1284· 工程科学学报.第41卷，第10期 发生碰撞聚合的难易度具有显著的影响， m1.为了定量描述两液滴的聚并过程，本文提出了 2.2数值模拟结果分析 聚并过程结束的判定依据为，当聚并后的椭圆型液 2.2.1界面张力对于液滴聚并过程的影响规律 滴长轴a与短轴b差值占长轴的百分比定义为变形 待计算收敛后提取各时间步长所对应的液滴体 率e: 积分数、总压分布以及速度矢量图，如图5所示.初 a-b E= ×100% (8) 始条件为液滴黏度0.05Pa·s,油水界面张力50mN· a 时间μs 第二相体积分数 压力云图Pa 速度矢量分布(m·s少 1,86×10 6.88x10-1 1.70x10 6.53x10-1 9.0×10-1 1.53×10 6.19x10 8.5×10 36x10 5,85x101 8.0x10-1 1.19x10 5.50x10-1 7.5x101 1.02×10Y 5.16x10-1 7.0x10- 8.54×103 4.82x10 6.5×10-1 86× 4.47×10-1 6.0x10-1 4.13x10-1 5 5×101 3.49×103 3.78×101 S.0xI0-1 181×103 3.44×10- 4.5×10-1 23×10 3.10x10-1 4.0× 56x10 275×10-1 24×103 2.41×10- 3.0x10- 4.93x×10 2.06x10 2.5×10-1 1.72×10-1 10 20× 29x10 38×101 -9.98×103 1.03x10- 1.0x10- 1.17×10 6X8X10 5×1 33×10 3.44×10-2 50x10 3.96x10- 20 50 图5液滴对聚并过程体积分数、压力云图与速度场分布 Fig.5 Volume fraction,total pressure,and velocity field during coalescence process 当变形率￡小于5%时，视为液滴聚并过程完 两侧液体的压力差被称为附加压力，用符号△p 成.如图6所示条件下50μs时液滴聚并完成，则此 表示. 条件下液滴的聚并时间定义为50μs. 液液界面张力、液面附加压力和液面曲率之间 的关系可以用Young-Laplace方程表示： (9) 这表明附加压力与界面张力成正比，与曲率半 径成反比.分析液滴对聚并过程可以看出（图5）， 当计算时间1μs结束时，两液滴尚未完全接触，但 在两液滴边界中心已经形成了一个微正压区，如压 图6弯曲液面的附加压力 力云图所示.由于微正压的存在，两液滴间的液膜 Fig.6 Additional pressure of curved liquid surface 开始出现排液现象，如速度矢量场所示，连续相从液 由于表面张力的作用，任何液体都有尽量缩小 滴界面中心逐渐向垂直于液滴中心线的方向流动， 其表面积的趋势，如果液面是弯曲的，这种收缩趋势 这是两液滴聚并过程的开始.当计算时间达到5μs 还会使液体承受一个附加压力.如图6所示，作用 时，液滴间的液膜已经完全排除，两液滴开始连通， 于面积微元表面上的表面张力与液面相切，虽大小 界面处的压力差分布范围逐渐扩大，在附加压力的 相同但方向却不在同一水平面上，所以会产生一个 作用下，界面不断收缩.特别是两液滴接触的角部 垂直于液体表面的合力，使得弯曲液面内外两侧液 区域由于曲率半径较小，附加压力较大，因而此处界 体所受到的压力并不相同.图6为气液两相界面的 面向外推移的速度很快.随着聚并过程的进行，界 示意图，液液两相界面亦同理.这种弯曲液面内外 面处的总压差逐渐减小，两液滴逐渐融合为一个液工程科学学报,第 41 卷,第 10 期 发生碰撞聚合的难易度具有显著的影响. 2郾 2 数值模拟结果分析 2郾 2郾 1 界面张力对于液滴聚并过程的影响规律 待计算收敛后提取各时间步长所对应的液滴体 积分数、总压分布以及速度矢量图,如图 5 所示. 初 始条件为液滴黏度 0郾 05 Pa·s,油水界面张力 50 mN· m - 1 . 为了定量描述两液滴的聚并过程,本文提出了 聚并过程结束的判定依据为,当聚并后的椭圆型液 滴长轴 a 与短轴 b 差值占长轴的百分比定义为变形 率 着: 着 = a - b a 伊 100% (8) 图 5 液滴对聚并过程体积分数、压力云图与速度场分布 Fig. 5 Volume fraction, total pressure, and velocity field during coalescence process 当变形率 着 小于 5% 时,视为液滴聚并过程完 成. 如图 6 所示条件下 50 滋s 时液滴聚并完成,则此 条件下液滴的聚并时间定义为 50 滋s. 图 6 弯曲液面的附加压力 Fig. 6 Additional pressure of curved liquid surface 由于表面张力的作用,任何液体都有尽量缩小 其表面积的趋势,如果液面是弯曲的,这种收缩趋势 还会使液体承受一个附加压力. 如图 6 所示,作用 于面积微元表面上的表面张力与液面相切,虽大小 相同但方向却不在同一水平面上,所以会产生一个 垂直于液体表面的合力,使得弯曲液面内外两侧液 体所受到的压力并不相同. 图 6 为气液两相界面的 示意图,液液两相界面亦同理. 这种弯曲液面内外 两侧液体的压力差被称为附加压力, 用符号 驻p 表示. 液液界面张力、液面附加压力和液面曲率之间 的关系可以用 Young鄄鄄Laplace 方程表示: 驻p = 酌 ( 1 R1 + 1 R ) 2 (9) 这表明附加压力与界面张力成正比,与曲率半 径成反比. 分析液滴对聚并过程可以看出(图 5), 当计算时间 1 滋s 结束时,两液滴尚未完全接触,但 在两液滴边界中心已经形成了一个微正压区,如压 力云图所示. 由于微正压的存在,两液滴间的液膜 开始出现排液现象,如速度矢量场所示,连续相从液 滴界面中心逐渐向垂直于液滴中心线的方向流动, 这是两液滴聚并过程的开始. 当计算时间达到 5 滋s 时,液滴间的液膜已经完全排除,两液滴开始连通, 界面处的压力差分布范围逐渐扩大,在附加压力的 作用下,界面不断收缩. 特别是两液滴接触的角部 区域由于曲率半径较小,附加压力较大,因而此处界 面向外推移的速度很快. 随着聚并过程的进行,界 面处的总压差逐渐减小,两液滴逐渐融合为一个液 ·1284·