表面張力驅動流場之數值模擬研究｜國立清華大學博碩士論文庫

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研究生：	李泓卓 H.C.LEE
論文名稱：	表面張力驅動流場之數值模擬研究 Research of numerical simulation of surface tension driven flow
指導教授：	李雄略 S.L.LEE
口試委員:
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	工學院 - 動力機械工程學系 Department of Power Mechanical Engineering
論文出版年：	2002
畢業學年度：	90
語文別：	中文
論文頁數：	56
中文關鍵詞：	表面張力、曲率、動態接觸角
外文關鍵詞：	surface tension, curvature, dynamic contact angle
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本文目的在發展一簡單的數值方法模擬流體於垂直的毛細管中，因毛細現象所造成自由液面(free surface)於管中的運動，並真實的計算液面的幾何形狀。表面張力表現在自由液面的形狀上，即自由液面的曲率，曲率越大，表面張力就越大，所以決定自由液面的曲率等於決定表面張力的大小。本文引進動態接觸角(dynamic contact angle)與毛細數(capillary number)的關係式於軸對稱圓柱坐標系統管壁上動態接觸角之模擬，用於計算管壁附近液面之形狀。文中並會探討此一關聯式之準確性。為了驗證此一數值模式的適用性與準確性，模擬結果將與實驗數據做比較。

摘要----------------------------------------------------------i
目錄---------------------------------------------------------ii

符號說明-----------------------------------------------------iv

圖表說明-----------------------------------------------------vi

第一章 緒論--------------------------------------------------1

 1.1前言----------------------------------------------1

 1.2文獻回顧------------------------------------------2

 1.3本文目的------------------------------------------4

第二章 動態接觸角與一維模擬分析------------------------------5

 2.1理論分析------------------------------------------5

 2.2數值模擬------------------------------------------6

 2.3一維模擬結果及討論--------------------------------8

第三章 軸對稱理論分析及數值分法----------------------------11

 3.1問題描述-----------------------------------------11

 3.2建立統御方程式及其無因次化-----------------------12

 3.3數值方法-----------------------------------------13

  3.3.1曲率----------------------------------13

  3.3.2主軸曲率------------------------------15

  3.3.3動態接觸角的模擬----------------------15

  3.3.4自由液面形狀的決定--------------------16

  3.3.5主軸曲率比----------------------------17

  3.3.6自由液面 的決定-----------------------18

  3.3.7射擊法--------------------------------18

  3.3.8數值模擬程序--------------------------20

第四章 結果與討論------------------------------------------22

 4.1網格測試-----------------------------------------22

 4.2自由液面形狀模擬---------------------------------23

  4.2.1--------------------------------------23

  4.2.2--------------------------------------26

  4.2.3--------------------------------------27

第五章 結論------------------------------------------------29

參考文獻-----------------------------------------------------31

附錄A--------------------------------------------------------32

附圖---------------------------------------------------------37

1．S. L. Lee and S. R. Sheu, “ A new numerical formulation for incompressible viscous free surface flow with smearing the free surface,”Internal Journal of Heat and Mass Transfer,Vol. 44,1837-1848(2001).
2．Ping Sheng and Minyao Zhou，“Immiscible-fluid displacement: Contact-line dynamics and the velocity-dependent capillary pressure”，Physical Review A，Vol. 45，5694-5708(1992).
3．Wei Huang and Raghbir S. bhullar，“The surface-tension-driven flow of blood from a droplet into a capillary tube”，Journal of Biomechanical Engineering，Vol. 123，446-454(2001).
4．H. Fan and Y. X. Gao，“Thermodynamics modeling for moving contact line in gas/liquid/solid system: Capillary rise problem revisited”，Physics of Fluids，Vol. 13，1615-1623(2001).
5.Ahmed Hamraoui and Krister Thuresson, “Can a Dynamic Contact Angle Be Understood in Terms of a Friction Coefficient,” Journal of Colloid and Interface Science, Vol.226,199-204(2000).
6．T. Sarpkaya, “Vorticity、free surface and surfactants,” Annual Review of Fluid Mechanics, Vol. 28,83 (1996).
7． W. T. Tsai and D. K. P. Yue, “Computation of nonlinear free-surface flows,” Annual Review of Fluid Mechanics, Vol. 28,249 (1996).
8．John C. Berg, Wettability, 311-429(1993).
9． S. L. Lee and R. Y. Tzong, “Artificial Pressure for Incompressible Flows,” Int. J. Heat Mass Transfer, Vol. 10, 2705-2716 (1992).
10． S. L. Lee, “Weighting function Scheme and Its Application on Multi-Dimensional Conservation Equations,” Numerical Heat Transfer, Vol. 32, 2065-2073 (1989).

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全文公開日期本全文未授權公開 (國家圖書館：臺灣博碩士論文系統)

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