液滴撞击加热壁面流动与传热实验研究

发布时间：2017-09-25 15:33

  本文关键词：液滴撞击加热壁面流动与传热实验研究

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【摘要】：液滴撞击加热壁面及其伴随的汽化过程,因具有较强的质热交换能力而被广泛应用于工业领域中。该过程包含一系列复杂的物理变化,相对撞击常温壁面具有一定的特殊性。本文对液滴撞击加热壁面的过程进行了实验研究,探讨了碰撞过程中液滴的流动与蒸发特性。采用高速摄像仪观测了液滴撞击加热壁面的过程,分析了撞击后出现的现象。壁面初始温度较低时,增大液滴撞击We数,不仅可以增大液滴接触直径,而且会提前最大接触直径的出现。当We数较大时,水滴的无量纲接触直径随壁面温度的升高,在铺展过程中先增大后减小。此外,归纳了水滴无量纲高度振荡频率随We数变化的经验公式。壁面初始温度较高时,液滴以一定速度撞击加热壁面后出现了反弹现象。当液滴撞击速度较小时,同一时刻的无量纲接触直径随壁面初始温度的升高略有降低；当撞击速度较大时,壁面初始温度对无量纲接触直径不产生影响。液滴最大无量纲接触直径受撞击速度的影响,随速度的升高而线性增大。在液滴蒸发过程中,表面张力系数会影响液滴蒸发时的流动特性：表面张力较大时,液滴无量纲高度、接触角在蒸发初期持续减小而无量纲接触直径几乎不变,到了蒸发后期,上述变量均出现了振荡现象。实验得到水滴的临界接触角为4-8°。表面张力较小时,液滴的接触角随蒸发的进行先减小随后保持不变、接触直径和高度则持续减小。液滴蒸发时长与壁面初始温度和液体物性有关,与液滴We数无关。在水中加入表面活化剂可提高液滴的蒸发速率。在计算液滴平均热流密度时,液滴显热不可忽略,通过计算,得到水滴的平均热流密度为1.4×104-1.1×105W/m2。采用薄膜热电偶测量撞击点处壁面瞬态温度变化情况,发现在液滴撞击初期,液滴撞击速度越高,撞击点的温降越小；此后,液滴撞击速度对壁面温度的影响随时间的增加逐渐消失。壁面的温降与液滴物性有关,并随壁面初始温度的升高和液滴初始直径增大而增大。液体的表面张力通过改变液膜的形状、液滴与壁面间的接触面积对蒸发过程产生影响。表面张力系数和汽化潜热较小时,液滴体积的改变对蒸发时长的影响较小。在液滴流动形态相似的情况下,汽化潜热大的液滴对应的壁面温降越大。
【关键词】：液滴撞击 加热壁面 液滴蒸发 热流密度
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK124
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-20
• 1.1 问题提出与研究意义8-9
• 1.2 国内外研究进展9-18
• 1.3 本文主要研究内容18-20
• 2 液滴撞击加热壁面实验现象20-33
• 2.1 实验观测平台及实验条件20-22
• 2.2 实验现象22-31
• 2.3 本章小结31-33
• 3 液滴撞击加热壁面特征参数分析33-58
• 3.1 液滴铺展33-36
• 3.2 液滴振荡36-41
• 3.3 液滴反弹41-44
• 3.4 液滴表面蒸发44-54
• 3.5 液滴热流密度54-56
• 3.6 本章小结56-58
• 4 液滴撞击加热壁面瞬态温度变化规律58-70
• 4.1 实验条件58-59
• 4.2 撞击点瞬态温度影响因素59-69
• 4.2.1 壁面初始温度59-60
• 4.2.2 液体物性60-62
• 4.2.3 液滴撞击Weber数62-65
• 4.2.4 液滴初始直径65-69
• 4.3 本章小结69-70
• 结论70-72
• 参考文献72-78
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况78-79
• 致谢79-80

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本文编号：918154