风化红层泥岩颗粒表面浸润模型与试验研究

作     者：陈晓斌 吴梦黎 周雨晴 王风栋 马一凡 CHEN Xiaobin;WU Mengli;ZHOU Yuqing;WANG Fengdong;MA Yifan

作者机构：中南大学土木工程学院湖南长沙410083 中南大学重载铁路工程结构教育部重点实验室湖南长沙410075 

出 版 物：《中南大学学报（自然科学版）》 (Journal of Central South University:Science and Technology)

年 卷 期：2023年第54卷第12期

页      面：4752-4762页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0815[工学-水利工程] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(51978674) 

主　　题：红层泥岩 浸润特性 扩散因子 能量守恒 毛细效应 

摘      要：自主搭建以高速摄像机为主的可视化试验平台,观察液滴撞击红层泥岩粗颗粒表面后的扩散过程。基于能量守恒原理,建立红层泥岩粗颗粒表面最大扩散因子βmax的预测模型,并通过液滴浸润试验验证模型的正确性。通过预测模型对浸润过程的能量分布进行分析。研究结果表明:液滴润湿行为可分为振荡模式和缓冲模式2种,且具有铺展速度快、毛细效应强的特征;红层泥岩粗颗粒表面的浸润特性取决于动能、基质势和黏性耗散的相对关系;随着初始速度增加,动能增加,而毛细效应相对减弱,更多的液滴趋于表面扩散;随着液滴直径增加,液滴初始动能、表面自由能及基质势等动力能量变化甚微;随着接触角增加,尤其是接触角大于60°时,毛细效应会显著减弱从而阻止水分渗透。本模型有助于提高对红层泥岩粗颗粒表面润湿现象的认识,可为寻找合理方案限制水分渗透提供依据。