基于Tolman长度的Lucas-Washburn渗吸模型改进及数值模拟

摘要：

经典的Lucas-Washburn(L-W)渗吸模型用Young-Laplace方程计算毛管压力,但该方程在管径细小情形得出的毛管压力值与真实值存在较大偏差.本文运用Tolman长度改进Young-Laplace方程,提出一种改进的L-W渗吸模型,并将等截面圆管扩展至任意变化截面圆管,得到变截面圆管中润湿流体注入长度随时间变化的数学模型.该模型为二阶非线性常微分方程,无法求出解析解,为此提出一种数值解法.选取截面变化的毛细管道,通过数值模拟计算出润湿液体注入长度与时间的对应关系,对Tolman长度的改进效果进行检验和分析.结果表明:在研究范围内Tolman长度对L-W渗吸模型的改进效果表现出毛细管道半径越小,效果越明显的规律.圆管局部缩小能改变渗吸水运动状态,依次呈现出三种运动模式;圆管局部扩大会缓慢改变渗吸水运动状态,只旱现单一运动模式.

关键词：毛细现象;Lucas-Washburn方程;非线性微分方程;Tolman长度;数值模拟

所属期刊栏目：38

分类号：O357.3(流体力学)

资助基金：国家自然科学基金51804284,42172159

在线出版日期：2021-11-22（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共13页

页码：521-533