R1234yf液滴撞击壁面相变特性研究

发布时间：2021-02-09 02:42

　　基于相界面追踪复合Level Set-VOF法,建立了制冷剂R1234yf单液滴撞击壁面的数学模型,分析了液滴铺展过程中的流动特征和换热机制,探索了撞击速度对液滴撞击壁面演化过程的相变行为影响。研究结果表明:当初始速度较小时,液滴在铺展过程中易在边缘和中心出现浸润现象,从而产生较高的热流密度;而当初始速度较大时,由于液滴的惯性力作用,液滴破碎产生链状的粒子群,在小液珠与壁面接触点易产生较高的热流密度。当液滴初始速度分别为0.8 m/s和1.2 m/s时,气穴及Leidenfrost效应的产生抑制了液滴与壁面之间的传热过程。液滴初始速度过小或过大都会在一定程度上抑制Leidenfrost效应的产生。 

【文章来源】：航空计算技术. 2020,50(06)

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

75×10-5s时不同速度下R1234yf单液滴的热流密度图

如图6所示,当液滴初始速度为0.4 m/s时,液滴表面包裹数层温度梯度膜,在液滴下方中心区域液膜与壁面接触温度梯度较大,而气穴产生处液膜脱离壁面,结合热流密度图5(a),其表明气膜对热壁面起到阻碍换热作用;当液滴初始速度为0.8 m/s时,情况与0.4 m/s相似,但液滴的铺展范围更大,除了液膜三相线位置,其余区域的温度梯度均较小;当液滴初始速度为1.2 m/s,液滴有部分液膜破损,挥发至环境中,在破碎液滴周围及大液滴中心区域温度梯度较大,但是由于产生Leidenfrost现象,液滴均距离壁面有一定的高度,因此热流密度最大值相对于液滴接触壁面时要小;当液滴初始速度为2.0 m/s时,同一时刻的液膜相对更薄,液滴两侧的温度梯度较大,并且液滴边缘温度梯度线延伸到环境中,链状小液滴接触壁面蒸发产生较高的热流密度值。3 结论

R1234yf单液滴撞击热表面的过程如图1所示。模拟计算区域的大小为3 mm×6 mm的长方形,在初始时刻,圆形单液滴与热壁面相切。液滴初始直径D0为0.4 mm,液滴初始温度为243 K,环境温度T0为298 K,环境压力为1 atm,热壁面Ts温度为773 K。同时,考虑重力g的影响,模拟区域上方速度进口,两侧边界为压力出口,底部是无滑移壁面。本文基于 Level Set和VOF方法的优点进行相界面追踪,对液滴撞击壁面进行数值模拟。

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Level Set-VOF法的R1234yf单液滴撞击壁面特性研究[J]. 刘欢,秦静,王均毅.  江苏航空. 2020(01)
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[3]具有微结构表面的喷雾冷却换热试验研究进展[J]. 殷小明,刘妮.  电子元件与材料. 2018(01)
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[5]液滴撞击固体表面铺展特性的实验研究[J]. 毕菲菲,郭亚丽,沈胜强,陈觉先,李熠桥.  物理学报. 2012(18)

博士论文
[1]液滴撞击固体壁面的实验及理论研究[D]. 李西营.大连理工大学 2010



本文编号：3024911