毛细尺寸下固着液滴的蒸发与流体动力学

发展了蒸发固着液滴的理论描述和数值模拟。我们联合考虑了蒸发固着液滴的流体动力学、液滴内的热传导效应以及空气中的蒸汽扩散效应。在准稳态近似下确定了旋转对称液滴的形状。还考虑了蒸汽扩散中的非稳态效应。模拟结果与甲苯液滴的蒸发速率测量数据吻合良好。与表面张力温度依赖性相关的Marangoni力在固着液滴中产生了流体对流。我们的结果展示了以液滴内不同涡旋数量为特征的几个对流动力学阶段。在早期阶段，涡街在液滴表面附近产生，并引起液滴表面温度的非单调空间分布。液滴中近表面涡旋的初始数量由Marangoni胞元尺寸控制，该尺寸与Pearson给出的平流层尺寸相似。该数量随时间快速减少，在中间阶段形成三个体涡。涡旋最终转化为液滴中的单一对流涡，该对流涡存在的时间约占蒸发时间的一半。