基于格子玻尔兹曼方法的液滴撞击移动液膜过程模拟

袁 浩，黄宏宝，郭平措，何小泷

(1.重庆交通大学重庆西南水运工程科学研究所，重庆 400074；2.四川大学水力学及山区河流开发保护国家重点实验室，四川 成都 610065；3.青海省水利水电勘测设计研究院，青海 西宁 810001)

液滴撞击液膜现象广泛存在于泄洪雾化、喷墨打印、雨滴冲击地面积水等自然和工程现象中。通常液滴撞击固壁边界后在固壁上发生聚集现象形成液膜，随后发生液滴撞击液膜现象。早期研究表明液滴撞击液膜后演化过程主要与液滴碰撞速度、流体性质、液膜厚度及壁面物理化学性质相关。

迄今为止，前人对液滴撞击液膜过程进行了大量试验及数值模拟研究。试验研究主要通过高速摄像机捕捉液冠演化过程，并分析各无量纲参数对液冠演化过程的影响，主要包括雷诺数Re、韦伯数We和液膜厚度[1-3]。Rioboo等[3]通过试验研究将液滴撞击液膜后形态演化分成了融合、反弹、部分反弹、液冠及飞溅5种情况。试验结果表明液冠半径与无量纲时间的平方根成正比[1-2]，液滴撞击液膜后在液膜中形成的速度不连续性是液冠形成的原因[1]。然而液膜并非静止的，通常会在平面上发生流动。Alghoul等[4]首先研究了液滴撞击移动液膜的过程，随后不同参数对液滴撞击液膜的影响研究相继展开，如Castrejón-Pita等[5]将液滴撞击移动液膜的形态归纳为融合、剧烈飞溅、部分或完全反弹以及液冠这4种形态，而形态演化的主要影响参数是初始液膜运动速度和碰撞速度；Gao等[6]研究了液冠延伸率和液冠半径随时间的变化，通过试验研究得到了液滴撞击移动液膜时液冠半径与时间的关系和液冠纵向延伸率变化规律。……