高效液滴冲击冷却的研究

发布时间：2020-05-20 01:17

【摘要】：液滴撞击固体壁面后会迅速变形,而后在固体壁面上铺展破裂。当液滴与基板之间存在温差的时候,还会伴随有传热现象。液滴撞击固体壁面的过程涉及到流体力学、传热学、表面化学等多学科的交叉;另外,液滴撞击固体壁面也是日常生活中非常常见的一种现象,在发电、喷墨打印、电力电子和农业等生产领域也有大量的应用。因此深入地研究液滴的铺展过程不但具有重要的理论意义,也具备广泛的实际应用价值。本文将通过数值模拟和实验的方式来研究液滴在固体基板上的撞击铺展过程。在数值模拟中,基于Level Set Method建立轴对称两相模型,捕捉液滴铺展过程中的界面运动规律。基于分子动力学理论(Molecular Kinetic Theory),获得液滴铺展过程中的动态接触角与移动接触线的关系。搭建实验台,利用高速相机记录液滴铺展过程中的变化。结果表明,液滴铺展过程中的数值模拟结果与实验结果符合良好。和常接触角模型相比,利用分子动力学理论获得的动态接触角的模型更能准确的模拟液滴铺展的过程。基于所建立的准确数学模型,进一步分析了液滴的We数、Re数以及Ca数对于液滴的撞击铺展过程的影响。同时,发现液滴在撞击固体壁面的过程中,在液滴底部会产生气穴,本文对于气穴对液滴铺展过程的影响进行深入研究。结果发现,气穴的存在促进了气穴附近流体的流动,从而整体上提升了带有气穴的液滴的铺展速度,最终影响了液滴的撞击铺展过程。进一步,分析了不同We数、Re数下带有气穴的液滴铺展过程。结果发现,We数、Re数对于带有气穴的液滴和未带有气穴的液滴的铺展过程的影响规律是一致的。本文的结果对于液滴冲击固体壁面等现象的研究具有重要的意义
【图文】：

肀北电力大学硕士学位论文逡逑接触角逡逑研宄中，液滴在铺展过程中的动态接触角度将采用分子动力ｌａｒ邋ｋｉｎｅｔｉｃｓ邋ｔｈｅｏｒｙ）来处理［２６＇２７］。根据这一理论，动态接触角是一体壁面上方区域内的分子层有关，移动接触线的运动是由三相分子的总动能决定的。动态接触角的大小也与实验中直接测量相等。动态接触角的表达式是与移动接触线速度相关的函数，下：逡逑６ｄ邋＝邋ａ邋ｃｏｓ邋ｃｏｓ邋０、ｒ邋－邋Ａｉｎ邋（ＢＣａｅｌ邋＋邋小邋＋邋（ＢＣａｃｉｙ邋）逦（，、５＝一￥，它们是通过实验拟合得到的，，根0■0逦２＾ｋ°Ａ逡逑据计算得出Ａ＝０．６４、Ｂ＝２４６ｍ］。逡逑

２．２．２控制方程离散方法逡逑采用有限体积法将控制方程离散成具有标记的单元（ＭＡＣ），速度是被定逡逑义在单元表面上，而变量以及标量被定义在单元中心。动量方程以及连续方程逡逑的联立解是通过标准投影法求解得到。采用Ａｄａｍｓ－Ｂａｓｈｆｏｒｔｈ法对对流项求解，逡逑采用Ｃｒａｎｋ－Ｎｉｃｏｌｓｏｎ法对扩散项求解，然后可以求出中间速度，这些中间参数逡逑通过连续方程进行压力修正来更新。逡逑每一步计算需要分两个阶段完成，先计算中间速度，而后引入压力相，由逡逑压力修正项进行进一步的求解。基于以上理论，最终得到离散后的Ｎ－Ｓ方程，逡逑如下面所示：逡逑扩散项：逡逑一N±邋（笠邋＋邋＾逦（２－３２）逡逑Ａｔ逦Ｒｅ邋ｄｘ邋ｊ邋ｄＸｊ邋ｄｘ丨逡逑对流项：逡逑
【学位授予单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O313.4

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本文编号：2671783