液滴速降压蒸发过程中的气泡生长研究

发布时间：2017-08-25 04:26

  本文关键词：液滴速降压蒸发过程中的气泡生长研究

  更多相关文章： 液滴 降压 蒸发 气泡生长 传热传质

【摘要】：液体的闪蒸过程在现代工业中的应用十分广泛,在航空航天和国民经济的安全生产中也有着重要的研究价值。单个液滴速降压蒸发过程中气泡生长的研究是液体闪蒸研究中的重要组成部分,关系到液体闪蒸喷雾后的雾束形态。本文采用实验研究与理论分析相结合的方法,针对单个液滴速降压蒸发过程中的气泡生长过程展开研究。实验研究方面,采用液滴悬挂法,设计并搭建了能够对液滴加温并且实验可重复性高的实验系统。实验以蒸馏水和正戊烷为工质,液滴的初始温度在20~40℃范围内,环境压力由一个大气压降至200~2000Pa,研究发现:提高液滴的初始温度,液滴更容易发生爆裂现象,其热力状态也更接近饱和线;最终环境压力越高,气泡生成至破裂所经历的时间越长。蒸馏水液滴爆裂后,热电偶结点上残存的部分液体在低压环境下继续蒸发,热电偶测量温度继续下降,至热电偶处水分蒸发完全,测量温度迅速上升;而由于正戊烷的沸点低、粘度小,降压瞬间,正戊烷液滴内部产生气泡,并且液滴剧烈晃动,正戊烷液滴内的气泡生长,导致其脱离热电偶结点,热电偶测量温度迅速回升。理论研究方面,对单个液滴闪蒸过程中的气泡生长过程进行了合理的简化假设,在液滴闪蒸模型的基础上,将气泡生长的动量方程与液滴闪蒸的能量方程耦合,建立了液滴闪蒸过程中气泡生长的理论模型。模型计算结果显示:气泡的生长过程可分为初始阶段、过渡阶段和加速阶段;气泡生长受气泡界面压差、表面张力以及粘性应力的影响,压差促进气泡生长,表面张力和粘性应力抑制气泡生长,气泡生长呈现不同阶段的原因,即是三者共同作用的结果;对应气泡生长的三个阶段,气泡界面温度也分为维持不变、逐渐下降和迅速下降的三个阶段,而由于气泡生长速度远大于液滴表面蒸发引起的界面运动,液滴表面温度几乎维持不变;随着最终环境压力的增大,气泡开始生长的时刻有所延迟,气泡的生长速度和加速度都减小;液滴初始温度越高,气泡生长的初始阶段越短,气泡生长的速度和加速度越大;液滴初始尺寸越大,加速阶段的气泡半径、气泡生长速度和加速度越小。
【关键词】：液滴 降压 蒸发 气泡生长 传热传质
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK12
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-17
• 1.1 课题研究的背景及意义10-11
• 1.2 液滴速降压蒸发过程的实验研究现状11-13
• 1.3 液滴速降压蒸发过程的理论研究现状13-14
• 1.4 液滴速降压蒸发过程中气泡生长的研究现状14-15
• 1.5 本文的主要研究内容15-17
• 第2章 实验系统与实验方案17-24
• 2.1 概述17
• 2.2 实验系统整体设计17-18
• 2.3 实验系统各主要部分设计18-21
• 2.3.1 测试系统18-19
• 2.3.2 真空系统19-20
• 2.3.3 图像采集系统20
• 2.3.4 数据采集系统20-21
• 2.4 实验方案21
• 2.5 实验系统适用范围21-22
• 2.6 本章小结22-24
• 第3章 液滴速降压蒸发过程中气泡生长的实验研究24-30
• 3.1 概述24
• 3.2 蒸馏水液滴的实验结果24-27
• 3.2.1 蒸馏水液滴内气泡生长与爆裂的形态变化24-25
• 3.2.2 蒸馏水液滴温度与环境温度随环境压力的变化25-27
• 3.3 正戊烷液滴的实验结果27-28
• 3.3.1 正戊烷液滴内气泡生长的形态变化27
• 3.3.2 正戊烷液滴温度与环境温度随环境压力的变化27-28
• 3.3.3 正戊烷液滴与蒸馏水液滴速降压蒸发过程比较28
• 3.4 本章小结28-30
• 第4章 液滴闪蒸过程中气泡生长的理论模型30-36
• 4.1 概述30
• 4.2 数学模型及数值方法30-34
• 4.2.1 数学建模30-33
• 4.2.2 数值计算方法33-34
• 4.3 模型有效性验证34
• 4.4 本章小结34-36
• 第5章 液滴闪蒸过程中气泡生长的数值计算结果36-46
• 5.1 概述36
• 5.2 数值计算结果与分析36-39
• 5.2.1 气泡生长过程36-38
• 5.2.2 气泡界面受力分析38
• 5.2.3 气泡界面与液滴表面温度分析38-39
• 5.3 液滴闪蒸过程中气泡生长的影响因素分析39-44
• 5.3.1 最终环境压力的影响39-41
• 5.3.2 液滴初始温度的影响41-42
• 5.3.3 液滴初始尺寸的影响42-44
• 5.4 数值计算数据与实验结果的对比分析44
• 5.5 本章小结44-46
• 第6章 结论与展望46-48
• 6.1 结论46-47
• 6.2 展望47-48
• 参考文献48-53
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及其它成果53-54
• 致谢54

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 陆规;彭晓峰;王晓东;;核化沸腾液滴的铺展实验观察[J];热科学与技术;2006年03期

2 林志勇;彭晓峰;;振荡液滴内部流态[J];工程热物理学报;2007年02期

3 邢淑敏;廖强;朱恂;王宏;;倾斜均质表面上非等径液滴的聚合特性[J];工程热物理学报;2008年01期

4 殷金英;刘林华;;深空环境下液滴辐射相变过程分析模拟[J];工程热物理学报;2009年09期

5 胡媛;单彦广;;溶液液滴在热等离子体射流中的运动和蒸发[J];工程热物理学报;2011年09期

6 刘红;解茂昭;贾明;刘宏升;王淑春;;单液滴碰撞不同尺寸等温壁面过程[J];江苏大学学报(自然科学版);2011年05期

7 梁坤峰;高春艳;王林;;液-液直接接触式制取流体冰的液滴形成特性[J];应用基础与工程科学学报;2012年02期

8 王四芳;兰忠;彭本利;白涛;马学虎;;超疏水表面液滴合并诱导弹跳现象分析[J];化工学报;2012年S1期

9 马超;薄涵亮;;一种新型的液滴分布测量方法[J];原子能科学技术;2012年S2期

10 张谨奕;薄涵亮;孙玉良;王大中;;三维空间液滴运动模型[J];清华大学学报(自然科学版);2013年01期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 左子文;王军锋;霍元平;谢立宇;胡维维;;气流中荷电液滴演化的数值模拟[A];中国力学大会——2013论文摘要集[C];2013年

2 贺丽萍;夏振炎;;低流量微管末端液滴形成及破碎的研究[A];第八届全国实验流体力学学术会议论文集[C];2010年

3 熊燃华;许明;李耀发;杨基明;罗喜胜;于勇波;赵铁柱;;液-液两相介质中液滴在冲击作用下演变模式[A];第十四届全国激波与激波管学术会议论文集（下册）[C];2010年

4 刘华敏;刘赵淼;;液滴形成与下落过程分析[A];北京力学会第13届学术年会论文集[C];2007年

5 郑哲敏;;液滴与液面碰撞时发生环形穿入的条件[A];郑哲敏文集[C];2004年

6 刘伟民;毕勤成;张林华;孟凡湃;薛梅;;液滴低压闪蒸形态和温度变化的研究[A];山东省暖通空调制冷2007年学术年会论文集[C];2007年

7 吕存景;;微尺度下的液滴黏附力学[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集（下）[C];2007年

8 陈雪;朱志强;刘秋生;;固体表面液滴热毛细迁移的实验研究[A];中国力学大会——2013论文摘要集[C];2013年

9 郭加宏;胡雷;戴世强;;液滴冲击固体表面液膜的实验和数值研究[A];第九届全国水动力学学术会议暨第二十二届全国水动力学研讨会论文集[C];2009年

10 魏明锐;赵卫东;孔亮;沃敖波;;液滴修正零维蒸发模型的推导与分析[A];2007年APC联合学术年会论文集[C];2007年

中国重要报纸全文数据库 前2条

1 王小龙;新法可让液滴按需形成任意形状[N];科技日报;2014年

2 孙文德;液滴透镜[N];中国知识产权报;2001年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 刘栋;液滴碰撞及其融合过程的数值模拟研究[D];清华大学;2013年

2 周源;蒸汽爆炸中熔融金属液滴热碎化机理及模型研究[D];上海交通大学;2014年

3 张璜;多液滴运动和碰撞模型研究[D];清华大学;2015年

4 王志超;基于SPH-DEM耦合方法的液滴冲击散粒体运动机理研究[D];天津大学;2015年

5 霍元平;荷电液滴破碎机理及电流体动力学特性研究[D];江苏大学;2015年

6 范增华;基于疏水表面冷凝和振动粘着控制的微对象操作方法研究[D];哈尔滨工业大学;2016年

7 王兵兵;电场下液滴界面输运与传热特性的分子动力学研究[D];华北电力大学(北京);2016年

8 严启凡;流动聚焦液滴生成技术研究[D];中国科学技术大学;2016年

9 张博;液滴润湿行为与表面微纳结构关系的模拟研究[D];北京化工大学;2016年

10 饶莉;液—液分散体系中液滴的动力学行为研究[D];北京化工大学;2016年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 崔艳艳;液滴撞击倾斜壁面动力学过程研究[D];大连理工大学;2010年

2 吴方;微流控系统的高通量液滴检测[D];天津理工大学;2015年

3 龚翔;电场作用下液滴的聚结特性及高压静电破乳研究[D];集美大学;2015年

4 李艳斌;工业厂房中敞口槽散发纯水液滴的蒸发和运动规律[D];西安建筑科技大学;2015年

5 王修张;含硫天然气在节流阀内相变规律研究[D];中国石油大学(华东);2014年

6 黄亚男;液滴撞击镁合金疏水/超疏水表面的动力学特性研究[D];大连海事大学;2016年

7 刘嘉宇;WFGD过程中脱硫浆液液滴夹带特性的数值模拟研究[D];东南大学;2015年

8 吴炬晖;表面活性剂对液滴破裂的影响[D];华东理工大学;2016年

9 卢珍萍;固体表面上液滴外观形貌的研究[D];北京理工大学;2016年

10 杨波;苄基叠氮复合柴油单液滴燃烧特性试验研究[D];北京理工大学;2016年

，

本文编号：735052