单个固体颗粒促进薄液膜破裂的格子Boltzmann研究

刘学文，李金京，全晓军，熊伟

（上海交通大学机械与动力工程学院，工程热物理研究所，上海200240）

引 言

深入理解纳米或微米颗粒和泡沫之间的相互作用在很多领域有重要意义。在粉尘抑制领域，更好地理解粉尘颗粒与泡沫相互作用的基本原理是生产具有更高粉尘抑制性能的泡沫的关键[1]，对颗粒气泡或颗粒液膜相互作用的研究是胶体化学领域的研究热点[2-3]。此外，随着纳米流体在沸腾换热中的应用，纳米颗粒在沸腾现象中越来越重要[4-5]，核态沸腾中纳米颗粒会影响气泡稳定性进而影响沸腾换热，Quan等[6-7]和Binks等[8]关于纳米流体的沸腾实验中发现中等亲水性纳米颗粒可以吸附在气泡的气液界面上，因此可以减少气泡聚结从而提高沸腾换热性能。

当气泡接触另一个气泡或液体表面时，会形成液体薄膜，泡沫或气泡的稳定性与这些液膜的稳定性密切相关[9]。因此对单个纳米颗粒与薄液膜之间相互作用的研究是深入理解颗粒和泡沫之间的相互作用的基础，目前已经有很多文献从理论和实验方面对该现象进行了研究。

众多的研究表明[1,10-20]，对于两侧皆为气体的单层液膜，球形亲水性颗粒会增强液膜的稳定性，而球形疏水性颗粒会促进液膜的破裂。然而，目前大多数研究注重亲水颗粒对液膜稳定性增强的研究，针对疏水颗粒导致液膜破裂的研究极少。Frye 等[21]提出了一种针对单个颗粒与单层薄膜相互作用的理论模型，发现球形颗粒的接触角需要大于90°才能促进膜破裂，但是该模型中疏水颗粒初始时刻便位于液膜中间，这显然与实际不符。……