【摘 要】
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渗流是基础研究中的一个重要的研究主题,复杂结构中的渗流研究更是非常重要。本文旨在采用相场法来实现渗流过程中的界面追踪,实现复杂变截面结构中的渗流分析。相比其他界面追踪方法而言,相场法具有适应性强,操作简单,无需手动设置毛细压力以及可以观测到液面微观拓扑结构的变化等优点,且使用相场法具体研究渗流分析的论文很少,因此,通过本文的分析,相场法是一种研究变截面中渗流问题的很好的工具。同时,对于突变截面处液
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渗流是基础研究中的一个重要的研究主题,复杂结构中的渗流研究更是非常重要。本文旨在采用相场法来实现渗流过程中的界面追踪,实现复杂变截面结构中的渗流分析。相比其他界面追踪方法而言,相场法具有适应性强,操作简单,无需手动设置毛细压力以及可以观测到液面微观拓扑结构的变化等优点,且使用相场法具体研究渗流分析的论文很少,因此,通过本文的分析,相场法是一种研究变截面中渗流问题的很好的工具。同时,对于突变截面处液面的凹-凸-凹转化过程研究亦是空白,本文通过对液面转化过程研究,旨在帮助大家更好地理解液面在突变截面处的转化过程。在本文中,相场法被用来求解了包括直管,锥形管以及分叉-聚合管等复杂拓扑结构中的毛细渗流问题,在有无重力作用时,来自相场模型的渗流高度结果与LucasWashburn的理论渗流高度结果均一致;同时,在变截面毛细渗流中,毛细压力与渗流速度分布被分析,且来自相场的毛细压力、渗流速度等结果与Laplace-Young方程确定理论毛细压力以及Hagen-Poiseuille确定的渗流速度分布分别对应一致;最后,相场模型用于复杂截面中的渗流分析被讨论,相场模型的准确性与强拓扑结构适应性被验证。流体渗流通过突变截面时液面存在凹-凸-凹转化过程,本文通过实验的方式分析了突变截面处的液面转化过程,并发现该转化过程与惯性力,粘性力以及表面张力等因素有关。凸面转化过程中的平均曲率半径与韦伯数We成负相关,与毛细数Ca亦成负相关,与突变截面内径比和初始内径成正相关,该结论将为突变截面处的毛细渗流设计提供一定的理论指导。
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