单液滴正碰壁面动态特性行为研究
发布时间：2021-09-08 06:57
液滴撞击壁面现象广泛存在于工业与日常生活中,掌握液滴撞击壁面的动态行为变化规律,是深入研究液滴撞击动力学,探究微小液膜粘附流动机理的关键所在,对石油化工、燃油雾化、涂层等工业应用具有重要意义。本文依托“浙江省自然科学基金项目”（LY15E060007）与“省科技计划新苗人才计划”（2018R407064）,围绕着液滴碰撞这一科学问题,在自行搭建的液滴撞击平台实验装置上,开展了生物质油滴撞击常温与热壁面动态行为特性的实验研究工作,分析了热壁面上附着后的液滴蒸发行为过程,主要工作及创新点具体如下:1)液滴在较高韦伯数下撞击干燥常温壁面的动态行为实验研究。采用动态铺展因子实时考察了液滴撞击常温干燥壁面的完整动态行为过程,着重分析了典型壁面结构（曲率）、韦伯数、油滴物性等参数变化的影响,进行了相应的理论分析,并与前人研究结果进行了对比,结果表明几何结构对液滴铺展行为影响明显,曲率较小时,液滴撞击后呈现明显的铺展、回缩、震荡、及附着动态行为过程,并随曲率减小,最大铺展因子逐渐趋向于撞击平面壁面的最大铺展因子;曲率较大时,液滴撞击后液膜铺展会超出曲面直径,甚至会出现滑落破碎;液膜铺展结果与Zhu等...
【文章来源】：杭州电子科技大学浙江省
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
液滴撞击常温干燥壁面的基本现象[31]
科技大学硕士学位论文5金属表面的动态过程。对液滴撞击热壁面的反弹现象进行分析，发现当壁面温度比较高时，液滴会从固体壁面上弹起，且金属表面的温度升高至400℃时，液滴撞击壁面后呈现球形形态。液滴撞击热壁面时，会和周围环境进行热量交换，液滴撞击壁面后表现出更为复杂的动态过程[28]。根据撞击热壁面后液滴完全蒸发的时长，Moreira等人[41]将液滴撞击热表面后的在热壁面上的蒸发状态分为四种形式：膜态蒸发(Filmevaporation)、核态沸腾(Nucleateboiling)、过渡沸腾(Transitionboiling)、膜态沸腾(Filmboling)，如图1.3所示。当壁面温度低于液滴饱和温度（Tsat）时，液滴撞击固体表面之后会在壁面上铺展、回缩、震荡后稳定，随后呈现膜态蒸发模式[43]（Filmevaporation）；在较大速度撞击下，液滴撞击后会产生飞溅破碎的现象（Splash）。当壁面温度在饱和温度之上时，液滴与固体壁面之间有较强的热量交换，使液滴与壁面之间出现气泡[44]；当液滴撞击速度增加时，液滴与固体壁面之间有更大的接触面积，气泡更容易穿透较薄的液膜而形成喷溅，呈现核态沸腾模式[45](Nucleateboiling)。当撞击壁面的温度足够高时，液滴的迅速蒸发会在壁面和液滴之间形成一层蒸汽膜，阻碍液滴与撞击壁面的传热作用，液滴呈现出悬浮于壁面之上的形态，此时，液滴呈现膜态沸腾模式(Filmboling)，其临界温度为Leidenfrost温度（Tleid）。在核态沸腾到过渡沸腾的转变点时，液滴与表面之间热流密度达到最大，此热流密度称为称为临界热流密度（Criticalheatflux，CHF），对应固体表面温度为CHF。以上研究表明液滴撞击热壁面后的动态特征是由流体动力学和热力学共同决定的，Lee和Ryu[46]对不同速度撞击不同温度壁面后的现象进行总结，如图1.4所示。其中TPA为液滴?
击壁面的温度足够高时，液滴的迅速蒸发会在壁面和液滴之间形成一层蒸汽膜，阻碍液滴与撞击壁面的传热作用，液滴呈现出悬浮于壁面之上的形态，此时，液滴呈现膜态沸腾模式(Filmboling)，其临界温度为Leidenfrost温度（Tleid）。在核态沸腾到过渡沸腾的转变点时，液滴与表面之间热流密度达到最大，此热流密度称为称为临界热流密度（Criticalheatflux，CHF），对应固体表面温度为CHF。以上研究表明液滴撞击热壁面后的动态特征是由流体动力学和热力学共同决定的，Lee和Ryu[46]对不同速度撞击不同温度壁面后的现象进行总结，如图1.4所示。其中TPA为液滴稳定附着的最大温度;TPB为液滴发生反弹时的临界温度;Tleid为Leidenfrost温度;图1.3液滴在热固体表面上沸腾曲线[43]图1.4液滴撞击热壁面的基本现象[46]当液滴在饱和温度下蒸发时，液滴蒸发呈现出三种状态Pickneett[47]等人指出，液滴蒸发过程中主要存在三种模式：模式一：定接触线模式，液滴在蒸发过程中三相接触线保持不动，称为液滴的“钉扎效应”（Pinning），随着液滴的不断蒸发，接触角不断减校模式二：定接触角模式，在蒸发过程中，液固接触角保持不变，随着液滴的不断蒸发，接触面积不断减小，从定接触线模式过
【参考文献】：
期刊论文
[1]液滴撞击大豆叶片表面研究[J]. 崔迎涛,秦超彬,张志,刘道奇,董慧锋,张开飞,李赫. 大豆科学. 2018(06)
[2]液滴碰撞倾斜壁面的动力学特性[J]. 姚一娜,李聪,陶振翔,杨锐. 清华大学学报(自然科学版). 2019(02)
[3]来流温度振荡对液滴燃烧释热特性的影响[J]. 冯伟,郑刚,聂万胜. 推进技术. 2016(06)
[4]表面张力对自由落体液滴形变的影响[J]. 丁思源,王瑞祥,徐荣吉,张一灏,蔡骥驰. 化工学报. 2016(06)
[5]两相格子Boltzmann方法模拟大密度比下双液滴冲击液膜的流动过程[J]. 李龙,贾晓东,刘永文,苏明. 动力工程学报. 2015(06)
[6]不同来流温度下单液滴燃烧的数值模拟[J]. 赵宇炜,杨龙滨,葛坤,李彦军. 燃烧科学与技术. 2014(01)
[7]液滴与水平壁面碰撞力的数值研究[J]. 张彬,韩强,袁小芳,李景银. 西安交通大学学报. 2013(09)
[8]速度对液滴撞击超疏水壁面行为特性的影响[J]. 杨宝海,王宏,朱恂,丁玉栋,周劲. 化工学报. 2012(10)
[9]接触面温度对表面液滴蒸发过程的影响[J]. 金哲岩,胡晖. 同济大学学报(自然科学版). 2012(03)
[10]液滴与壁面碰撞模型研究[J]. 贺征,郜冶,顾璇,王革. 哈尔滨工程大学学报. 2009(03)
本文编号：3390343
【文章来源】：杭州电子科技大学浙江省
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
液滴撞击常温干燥壁面的基本现象[31]
科技大学硕士学位论文5金属表面的动态过程。对液滴撞击热壁面的反弹现象进行分析，发现当壁面温度比较高时，液滴会从固体壁面上弹起，且金属表面的温度升高至400℃时，液滴撞击壁面后呈现球形形态。液滴撞击热壁面时，会和周围环境进行热量交换，液滴撞击壁面后表现出更为复杂的动态过程[28]。根据撞击热壁面后液滴完全蒸发的时长，Moreira等人[41]将液滴撞击热表面后的在热壁面上的蒸发状态分为四种形式：膜态蒸发(Filmevaporation)、核态沸腾(Nucleateboiling)、过渡沸腾(Transitionboiling)、膜态沸腾(Filmboling)，如图1.3所示。当壁面温度低于液滴饱和温度（Tsat）时，液滴撞击固体表面之后会在壁面上铺展、回缩、震荡后稳定，随后呈现膜态蒸发模式[43]（Filmevaporation）；在较大速度撞击下，液滴撞击后会产生飞溅破碎的现象（Splash）。当壁面温度在饱和温度之上时，液滴与固体壁面之间有较强的热量交换，使液滴与壁面之间出现气泡[44]；当液滴撞击速度增加时，液滴与固体壁面之间有更大的接触面积，气泡更容易穿透较薄的液膜而形成喷溅，呈现核态沸腾模式[45](Nucleateboiling)。当撞击壁面的温度足够高时，液滴的迅速蒸发会在壁面和液滴之间形成一层蒸汽膜，阻碍液滴与撞击壁面的传热作用，液滴呈现出悬浮于壁面之上的形态，此时，液滴呈现膜态沸腾模式(Filmboling)，其临界温度为Leidenfrost温度（Tleid）。在核态沸腾到过渡沸腾的转变点时，液滴与表面之间热流密度达到最大，此热流密度称为称为临界热流密度（Criticalheatflux，CHF），对应固体表面温度为CHF。以上研究表明液滴撞击热壁面后的动态特征是由流体动力学和热力学共同决定的，Lee和Ryu[46]对不同速度撞击不同温度壁面后的现象进行总结，如图1.4所示。其中TPA为液滴?
击壁面的温度足够高时，液滴的迅速蒸发会在壁面和液滴之间形成一层蒸汽膜，阻碍液滴与撞击壁面的传热作用，液滴呈现出悬浮于壁面之上的形态，此时，液滴呈现膜态沸腾模式(Filmboling)，其临界温度为Leidenfrost温度（Tleid）。在核态沸腾到过渡沸腾的转变点时，液滴与表面之间热流密度达到最大，此热流密度称为称为临界热流密度（Criticalheatflux，CHF），对应固体表面温度为CHF。以上研究表明液滴撞击热壁面后的动态特征是由流体动力学和热力学共同决定的，Lee和Ryu[46]对不同速度撞击不同温度壁面后的现象进行总结，如图1.4所示。其中TPA为液滴稳定附着的最大温度;TPB为液滴发生反弹时的临界温度;Tleid为Leidenfrost温度;图1.3液滴在热固体表面上沸腾曲线[43]图1.4液滴撞击热壁面的基本现象[46]当液滴在饱和温度下蒸发时，液滴蒸发呈现出三种状态Pickneett[47]等人指出，液滴蒸发过程中主要存在三种模式：模式一：定接触线模式，液滴在蒸发过程中三相接触线保持不动，称为液滴的“钉扎效应”（Pinning），随着液滴的不断蒸发，接触角不断减校模式二：定接触角模式，在蒸发过程中，液固接触角保持不变，随着液滴的不断蒸发，接触面积不断减小，从定接触线模式过
【参考文献】：
期刊论文
[1]液滴撞击大豆叶片表面研究[J]. 崔迎涛,秦超彬,张志,刘道奇,董慧锋,张开飞,李赫. 大豆科学. 2018(06)
[2]液滴碰撞倾斜壁面的动力学特性[J]. 姚一娜,李聪,陶振翔,杨锐. 清华大学学报(自然科学版). 2019(02)
[3]来流温度振荡对液滴燃烧释热特性的影响[J]. 冯伟,郑刚,聂万胜. 推进技术. 2016(06)
[4]表面张力对自由落体液滴形变的影响[J]. 丁思源,王瑞祥,徐荣吉,张一灏,蔡骥驰. 化工学报. 2016(06)
[5]两相格子Boltzmann方法模拟大密度比下双液滴冲击液膜的流动过程[J]. 李龙,贾晓东,刘永文,苏明. 动力工程学报. 2015(06)
[6]不同来流温度下单液滴燃烧的数值模拟[J]. 赵宇炜,杨龙滨,葛坤,李彦军. 燃烧科学与技术. 2014(01)
[7]液滴与水平壁面碰撞力的数值研究[J]. 张彬,韩强,袁小芳,李景银. 西安交通大学学报. 2013(09)
[8]速度对液滴撞击超疏水壁面行为特性的影响[J]. 杨宝海,王宏,朱恂,丁玉栋,周劲. 化工学报. 2012(10)
[9]接触面温度对表面液滴蒸发过程的影响[J]. 金哲岩,胡晖. 同济大学学报(自然科学版). 2012(03)
[10]液滴与壁面碰撞模型研究[J]. 贺征,郜冶,顾璇,王革. 哈尔滨工程大学学报. 2009(03)
本文编号：3390343
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