红外激光加热下球形液滴蒸发特性研究

发布时间：2017-10-15 20:30

  本文关键词：红外激光加热下球形液滴蒸发特性研究

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【摘要】：液滴蒸发作为液体燃料燃烧、喷雾冷却等过程的基本原理有着重要研究意义,目前液滴蒸发领域中对方向强辐射下液滴蒸发的研究存在不足。本文通过实验研究和数值模拟相结合的方式,对红外激光加热这种单向强辐射下的液滴蒸发问题进行分析研究。设计了红外激光加热下液滴蒸发实验系统,使用石英丝对液滴进行悬挂,通过显微摄像头和红外热像仪对液滴蒸发过程进行监测,并通过图像分析软件进行数据处理,完整地记录了液滴蒸发过程的尺寸变化及温度变化情况。实验研究了激光波长、激光功率以及液滴初始直径对液滴蒸发特性的影响。基于蒙特卡洛法计算分析了不同尺寸球形液滴对于不同波长、不同分布模式激光的液滴整体吸收率及内部吸收分布特性。并分析等温液滴表观发射率,解释了液滴红外测温中的边缘效应,给出红外测温结果的数据处理方法。分别建立了液滴零维无限热导率蒸发模型和三维导热限制蒸发模型,在之前辐射吸收研究的基础上对激光加热下的液滴蒸发进行计算模拟,研究了液滴蒸发过程中直径变化及温度变化,并将计算结果同实验数据进行对比分析。研究发现采用均匀辐射的零维模型在一定程度上可以较好地估计液滴蒸发特性,三维导热限制蒸发模型在透过性明显的辐射下同实验结果符合较好,而在吸收性较强导致液滴内部温度不均匀性较大时不适用。
【关键词】：液滴蒸发 激光加热 辐射特性 蒙特卡洛法
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK12
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 主要符号8-9
• 第1章 绪论9-22
• 1.1 课题研究的背景及意义9
• 1.2 国外研究现状9-18
• 1.2.1 忽略辐射的液滴蒸发研究10-11
• 1.2.2 考虑辐射的液滴蒸发研究11-12
• 1.2.3 其他液滴蒸发理论研究12
• 1.2.4 液滴蒸发实验研究12-18
• 1.3 国内研究现状18-19
• 1.3.1 理论研究与数值计算18-19
• 1.3.2 实验研究19
• 1.4 目前研究存在的问题19-21
• 1.5 本文主要研究内容21-22
• 第2章 红外激光加热下液滴蒸发的实验研究22-42
• 2.1 实验系统设计与实验方案22-28
• 2.1.1 实验总体设计22-23
• 2.1.2 实验系统的组成23-26
• 2.1.3 实验过程及数据处理26-27
• 2.1.4 实验误差分析27-28
• 2.2 液滴蒸发特性实验研究28-41
• 2.2.1 初始直径的影响28-32
• 2.2.2 辐射光谱的影响32-34
• 2.2.3 辐射功率的影响34-40
• 2.2.4 环境温湿度的影响40-41
• 2.3 本章小结41-42
• 第3章 液滴的红外激光吸收特性及红外发射率分析42-59
• 3.1 吸收模型及蒙特卡洛计算方法42-46
• 3.1.1 吸收模型42-43
• 3.1.2 发射位置及方向43
• 3.1.3 折射方向43-44
• 3.1.4 介质吸收的判定44-45
• 3.1.5 一维球体吸收问题验证45-46
• 3.2 水滴对近红外激光吸收特性46-52
• 3.2.1 水滴整体吸收率46-47
• 3.2.2 水滴内部辐射吸收分布47-52
• 3.3 水滴红外发射率问题分析52-57
• 3.3.1 红外测温波段水的辐射物性参数52-53
• 3.3.2 液滴尺寸的影响53-54
• 3.3.3 液滴表面位置的影响54-55
• 3.3.4 真实温度的影响55-56
• 3.3.5 等温液滴红外测温结果分析56-57
• 3.4 本章小结57-59
• 第4章 激光加热下液滴蒸发数值模拟分析59-80
• 4.1 零维蒸发模型计算59-66
• 4.1.1 零维模型建立及求解59-60
• 4.1.2 计算方法验证60-62
• 4.1.3 红外激光加热下的零维蒸发计算62-66
• 4.2 三维液滴蒸发模型计算66-75
• 4.2.1 三维模型建立及求解66-69
• 4.2.2 液滴蒸发过程尺寸变化曲线69-70
• 4.2.3 液滴蒸发过程温度场分析70-75
• 4.3 数值计算同实验数据对比分析75-79
• 4.3.1 不同初始直径结果对比75-76
• 4.3.2 不同辐射光谱结果对比76-77
• 4.3.3 不同辐射功率结果对比77-79
• 4.4 本章小结79-80
• 结论80-82
• 参考文献82-88
• 附录 计算程序框图88-92
• 致谢92

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本文编号：1038564