A modified phase-field three-dimensional model for

液滴与固体表面相撞并随后发生固化是一个在多个工程技术领域中常见的现象，包括但不限于冷凝、焊接、喷涂等。准确地模拟这一过程对于设计和优化相关技术至关重要。最近，一个改进的三维相场模型被提出，用以模拟液滴撞击并伴随着固化的动态过程。这一模型的出现标志着在多相流模拟和热传递研究领域取得了一项重要进展。 在多相流体系中，液滴撞击固体表面往往伴随着复杂的热传递和流体动力学现象。液滴在撞击时，其内部的热量会迅速传递到固体表面，若固体表面温度低于液滴的熔点，则热量的释放将导致液滴在接触点周围发生相变——从液态转变为固态。这一过程被称为固化。固化不仅改变了液滴的形态和尺寸，而且对热量和动量的传递产生了显著影响，进而影响了整个流场的性质。因此，在模型中准确模拟固液相变和热传递是至关重要的。 研究者们在构建这个三维模型时，采用了相场方法。相场方法的优势在于它能在不明确追踪界面位置的情况下捕捉到不同相之间的界面演化。该方法处理相变的原理是通过一个称为相场变量的连续场函数来模拟不同相的分布，从而间接地描述相界面的位置。这样的处理方式使得模型能够自然地处理界面动态以及相变带来的复杂流动和热传递问题。 为了模拟液滴撞击和固化过程，研究者综合了多个物理方程。首先是Cahn-Hilliard方程，该方程描述了相界面演化和界面两侧浓度的变化。Navier-Stokes方程被用来描述流体的动力学行为。此外，一个能量平衡方程被引入来处理热传递问题。在这三者的基础上，研究者将潜热的释放作为能量方程中的源项来特别考虑，这样潜热就可以在模拟过程中被追踪，从而使得模型能够适应固液相变的需要。 模型的准确性是通过几种不同情况下的测试来验证的。研究者们进行了五种情况的模拟，并将结果与实验数据进行了对比。这些对比表明，改进的模型能够有效地捕捉到液滴撞击、固液相变及热传递的动态过程。特别地，模型还考虑了热接触电阻的影响，这是一个在液滴固化解析中非常关键的因素，因为热接触电阻会显著影响热量传递的效率，进而影响固化速率和最终的固化形态。 此模型的应用领域非常广泛，不仅限于实验室研究，还包括实际工程问题的解析。例如，在冷凝系统中，液滴撞击冷凝面的固化过程对热交换效率有着直接的影响；在焊接技术中，液滴在焊件表面固化形成焊缝的过程对焊接质量和强度起决定性作用；在喷涂技术中，液滴固化成膜的均匀性直接关系到涂层的性能。因此，这个改进的三维相场模型不仅丰富了理论研究，也为上述技术领域提供了重要的理论支持和模拟工具。 总而言之，改进的三维相场模型为液滴撞击并伴有固化的复杂过程提供了一个非常有力的模拟工具。它不仅能够在理论上深化我们对液滴固化现象的认识，而且在实际应用中，对提高相关工程技术的设计和优化具有显著的作用。随着模型的进一步完善和推广，其在材料科学、热力学以及多相流领域中的应用将更加广泛，为相关领域的技术进步做出更大的贡献。