液滴撞击热壁面蒸发换热的数值模拟

发布时间：2017-10-11 07:05

  本文关键词：液滴撞击热壁面蒸发换热的数值模拟

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【摘要】：液滴撞击热壁面是一种常见的物理现象,在液滴受热蒸发过程中,液体与热壁面间的换热效率远高于传统无蒸发时的空冷和水冷技术,因此这一过程在工农业众多领域中都得到了广泛的应用。液滴撞击热壁面属于典型的自由表面流动问题,其动态特征的多变性和蒸发换热的复杂性吸引了众多学者的目光。研究液滴撞击热壁面,对液滴撞击和蒸发换热过程做出准确的科学解释,可以为强化质热交换提供更详细全面的理论依据。目前已有的研究中,对液滴在瞬态加热过程中蒸发换热的讨论还比较少,缺乏系统性与全面性。本文建立了二维轴对称模型,采用CLSVOF界面追踪方法和液滴非平衡蒸发UDF程序对液滴撞击热壁面进行了数值模拟,考虑液滴在瞬态加热过程中的蒸发换热,以液滴动力学变形过程为参考,与实验数据进行了对比,验证了模型的准确性和有效性。分别模拟了单液滴垂直撞击热壁面和双液滴先后垂直撞击热壁面的非平衡蒸发过程,分析了液滴内部流场变化、液滴形态演变、温度场和压力场间的关系,讨论了双液滴间相互碰撞对液滴铺展和蒸发换热的影响,给出了液滴在震荡过程和静止铺展过程中内部漩涡产生的原因,指出液滴内部三相接触点处液体的扰动一直最为剧烈,温度上升最快,是液滴蒸发开始和蒸发速率最大的位置。分析了单液滴撞击热壁面的非平衡蒸发过程中壁面温度、撞击速度、液滴直径、静态接触角和双液滴撞击热壁面的非平衡蒸发过程中液滴垂直间距、上部液滴撞击速度等参数对液滴铺展系数和蒸发换热的影响。结果表明：壁面温度对液滴铺展系数的影响很小,而较大的液滴撞击速度和液滴直径、较小的液滴静态接触角和液滴垂直间距、较大的上部液滴撞击速度,会令液滴铺展系数增大,但对液滴震荡周期的影响并不一致；在相同时间内,较大的壁面温度、液滴撞击速度和上部液滴速度,较小的液滴直径、液滴静态接触角和液滴垂直间距,使得液滴整体温度上升更快,促进了液滴的蒸发。
【关键词】：液滴撞击 CLSVOF 热壁面 非平衡蒸发
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK124
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-19
• 1.1 课题的研究背景与意义9
• 1.2 单液滴撞击的研究进展9-17
• 1.2.1 理论研究方面10-11
• 1.2.2 实验研究方面11-14
• 1.2.3 数值模拟方面14-17
• 1.3 双液滴撞击的研究进展17-18
• 1.4 液滴碰撞研究目前存在的不足18
• 1.5 本文主要研究内容18-19
• 2 液滴撞击热壁面数值模拟方法19-27
• 2.1 运动界面捕捉方法简介19
• 2.2 液滴撞击壁面界面追踪方法19-25
• 2.2.1 VOF方法20
• 2.2.2 Level Set方法20-23
• 2.2.3 CLSVOF方法23-25
• 2.3 基本控制方程25
• 2.4 方程离散化简介25-27
• 3 单液滴撞击热壁面数值模拟27-52
• 3.1 物理模型及验证27-29
• 3.2 单液滴撞击热壁面动态特性分析29-32
• 3.3 参数对单液滴撞击热壁面蒸发换热的影响32-51
• 3.3.1 壁面温度32-37
• 3.3.2 撞击速度37-42
• 3.3.3 液滴直径42-46
• 3.3.4 接触角46-51
• 3.4 本章小结51-52
• 4 双液滴先后垂直撞击热壁面数值模拟52-68
• 4.1 物理模型及验证52-53
• 4.2 双液滴先后垂直撞击热壁面动态特性分析53-57
• 4.3 参数对双液滴先后垂直撞击热壁面蒸发换热的影响57-67
• 4.3.1 垂直中心间距57-62
• 4.3.2 撞击速度62-67
• 4.4 本章小结67-68
• 结论68-69
• 参考文献69-73
• 致谢73-74

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本文编号：1011128