微槽群内汽泡动力学行为对接触线的影响

针对沸腾情形下毛细微槽群热沉内汽泡对汽液固三相接触线的影响,进行了可视化实验研究。研究结果表明：汽泡动力学行为会直接导致微槽群内三相接触线的形状变化,从而引起蒸发薄液膜的厚度、面积以及汽液界面曲率等对薄液膜的蒸发换热特性有重要影响的物理量的变化。实验证实了在开放式微细尺度槽群结构热沉中,固有弯月面区域里的沸腾与扩展弯月...     

矩形微槽横截面换热特性的分析

对矩形毛细微槽中液膜在横截面方向上的换热特性进行了研究。计算结果表明,当弯月面与槽底接触时,不仅在微槽的侧壁面上存在两个蒸发薄液膜区,在槽底还形成了两个蒸发薄液膜区;随着槽底热负荷的增大,薄液膜区域热流密度的峰值随之升高;固液接触角增大,薄液膜区域的热流密度峰值增大;薄液膜区域的高强度蒸发换热是矩形毛细微槽高强度换热的主要原因,占总换热量的80%以上;固液界面接触角对薄液膜换热的影响很大。     

矩形毛细微槽横截面上气液分界面形状理论分析

对背面有热流输入的矩形毛细微槽群横截面上的气液分界面形状进行了理论分析,在一定条件下对Wayner蒸发模型进行简化,根据等壁温条件推出蒸发薄液膜区域热流密度近似为定值,通过流体动力学理论推导出了微槽横截面薄液膜区域液膜厚度变化的关系式,并与Wayner蒸发模型的计算结果进行了比较。进一步提出了全新的交界线区域长度的判定方法,根据蒸发薄液膜区域总换热量计算得到蒸发薄液膜区域的长度,交界处接触角,以及固有弯月面区域的曲率半径,从而最终得出了微槽横截面整个气液分界面的形状曲线,理论分析表明:槽宽、热流密度、过热度等因素对蒸发薄液膜区域长度、接触角以及固有弯月面曲率半径等参数有较大的影响。     

高雷诺数下降液膜流动换热分析

本文分析了降液膜高雷诺数区域换热系数随液膜长度变化趋势,引出临界长度的概念。在较高雷诺数的湍流区,回流区的存在以及表面波的影响能有效地减少局部薄膜厚度并增加对流换热,流速的增加进一步强化换热,增加降膜整体传热系数。在高雷诺数区域,厚度形成的热阻超过回流的增强作用,而使换热削弱。液膜小于临界长度L换热系数随长度增长而增加,大于L换热系数随液膜增长而减小。     

毛细微槽内的相变传热的实验研究

本文对矩形毛细微槽竖直板的相变传热特性进行了实验研究。结果表明毛细微槽对相变换热具有很大的促进作用。当壁面过热度较小时,相变换热形式主要是三相接触线附近的蒸发换热机制。而当过热度较大时,微槽内发生剧烈的沸腾。微槽内相变换热的临界热负荷有两种产生机理:其一是当微槽长度较大时微槽内由于流动阻力而产生的液体输运临界;另一机理是当微槽长度较小时的池内沸腾临界现象,亦即由动态微液层模型决定的临界机理。实验还得到了微槽强化传热的最佳优化尺寸。     

固着液滴蒸发薄液膜区传质传热特性数值研究

本文基于扩展Young-Laplace方程和动力学理论,以水为工质,建立固着液滴蒸发薄液膜区、宏观弯月面区、固体基底内部及气液、液固、气固界面的耦合传热模型,并探究固体基底厚度和热物性对蒸发薄液膜区传热特性的影响。结果表明,由于液滴蒸发过程中的冷却效应,三相接触线附近的基底温度低于周围固体温度;蒸发速度越快,温度差越大。蒸发薄液膜的长度、最大质量流量和传热量与基底厚度与液滴半径比值h_r有关;当h_r=0.4时,薄液膜区传热对总体传热贡献最大;基底的热导率越小,蒸发液滴具有更长的蒸发薄液膜长度及更强的界面传热,薄液膜区传热对总体传热影响越显著.     

微液膜动力学特性与稳定性实验研究

气-液两相流设备的性能受限于临界热流密度,开展流动微液膜动力学特性及其稳定性的相关研究是深入理解沸腾危机及临界热流密度机理的关键。采用光学玻璃制成的矩形通道作为实验段,使用微流量齿轮泵驱动去离子水,使其在实验通道入口处与在其上部流动的压缩空气接触形成同向流动的分层流。利用共轭光学探测器对流动微液膜的厚度进行了测量,利用高速摄像机对气-液两相分层流波动特性进行了可视化观测。研究表明,在绝热情况下,当液速一定时,液膜的平均厚度随着气速增加而减小,当气速增加到某一阈值时会导致液膜破裂。     

竖直矩形微槽轴向流动理论模型

本文对毛细微槽中流体的轴向流动特性及干涸特性进行了研究,参考自适应理论建立了一维流动模型,与实验结果进行了对比.计算结果表明随着微槽槽宽的增大、槽深的减小,槽内流体的轴向干涸高度呈减小趋势,与实验数据吻合较好,说明计算方法具有一定可靠性.计算模型得到了弯月面曲率半径和液膜厚度沿轴长的变化曲线,为自适应理论做出有效的补充.     

吸收器水平管外降膜流动数值模拟研究

建立了吸收式制冷机组吸收器水平管外气液降膜流动数值模型,分析了布液高度、布液孔大小、水平管直径及液体入口速度对液膜流动特性的影响,探讨了不同液体入口温度下液膜表面的温度分布。结果表明:液体铺展过程中液膜前端出现小液滴的分离;液膜厚度随周向角的增加先减小后增加,液膜Y方向速度呈相反的变化趋势;随液体入口流速的增加,液膜厚度增加,管壁下方的"干区"面积随之增加;随布液孔孔径的增大,液膜厚度及Y方向速度增加;随布液高度及降膜管直径的增加,液膜厚度减小,Y方向速度增加;随周向角的增加,液膜表面温度逐渐降低,并随着温差的增加,液膜温度降低幅度较大。     

矩形微槽蒸发薄液膜新边界条件的设定

采用了一种新的边界条件来求解微槽内蒸发薄液膜的控制方程。这种新的边界条件保证在毛细微槽中,本征弯液面区域的液面弯曲中心位于微槽的中心线上,从而消除了传统微槽薄液膜计算模型中产生的物理矛盾。计算结果显示随着过热度的增加,本征弯液面部分的曲率半径不是恒定的,而是逐渐增加的,这导致了本征区域毛细吸力的降低。计算结果同时表明在本征区域的较薄位置,存在一个狭窄的热流密度相当大的子区域。在数值研究中,如果将此子区域用恒定半径的区域来替代,从理论上来讲是不合理的。     

倾斜均质表面上非等径液滴的聚合特性

对倾斜均匀表面上非等径液滴的聚合过程及特性进行了可视化实验研究,获得了液滴半径和表面倾角等参数对液滴聚合过程中液滴液桥半径、接触角和接触线变化特性的影响规律,进一步说明了倾斜表面上液滴聚合可以加快液滴的运动.     

A study of the oscillating corner meniscus in a vertical constrained vapor bubble system

A vertical constrained vapor bubble, VCVB, made of fused silica was used to study the stability and oscillations of an evaporating wetting film of HFE- 7000^® in a corner. The film thickness profile was measured as a function of time and axial position using an advanced form of image analyzing interferometry. The curvature, apparent contact angle, and pressure profiles for the evaporating film were calculated from the measured film thickness profiles. Oscillation of the liquid film was observed and profiles for both the advancing and receding films were obtained. These are the first such detailed profiles obtained for an oscillating meniscus below a thickness of 0.1 μm.The film thickness profiles demonstrated the spreading of the meniscus during advance as well as the presence of a curvature gradient near the contact line region. The maximum curvature decreased for the advancing menisci and increased with time for the receding menisci. An increase in the adsorbed film thickness was associated with the advancing stage and a decrease with the receding stage. Pressure profiles were measured as a function of position indicating the potential for driving the flow of the fluid toward or away from the contact line. As the film advances or recedes, the pressure gradients change as a function of position fueling the next oscillation cycle.     

液态镓在石墨烯表面的润湿性及形貌特征

液态Ga及其合金的熔点低、毒副作用小、导电率高,使得这类液态金属能像石墨烯一样被广泛应用于微流器件、柔性电子器件中,制备这些器件的关键在于有效控制各生产环节中液态金属在固体界面上的润湿性及形貌特征.基于Lennard-Jones(L-J)势函数,利用分子动力学模拟方法研究了金属Ga在石墨烯表面的润湿性,根据模拟结果拟合的L-J势参数能正确描述Ga原子与衬底之间的相互作用并得到了与实验值极为接近的润湿角,发现衬底与液膜间相互作用的微小改变都会对最终润湿形态产生极大影响,平衡态的润湿角和脱离衬底速度随着Ga-C间势能的减小而增大,并成功获得了不同厚度的Ga液膜在石墨烯表面的形态演变规律,极为符合液态Ga的基本特性.利用所得L-J势函数参数模拟了液态Ga在粗糙度相同但纳米柱尖端形貌不同的C材料表面的润湿演变,发现纳米柱尖端形貌对液态Ga的润湿过程及状态影响极大.     

Plateau borders of smectic liquid crystalline films

We investigate the geometrical properties of Plateau borders in an arrangement of connected smectic A free standing films. The geometry is chosen such that a circular Plateau border surrounds a planar smectic film and connects it with two smectic catenoids. It is demonstrated that, similar to soap films, the smectic film geometry can be described by a negative line tension of the circular contact region. Thus, the equilibrium angle between the films depends upon the liquid content in this region, and with increasing liquid content, deviations from Plateau's rule are observed. The experimental results are qualitatively comparable to soap films. A possible origin of slight quantitative differences is discussed.     

Wetting of liquid droplets on two parallel filaments

Droplet wetting on two parallel filaments may assume a barrel-shaped morphology or a liquid bridge depending upon the filament diameter and spacing, droplet volume, and contact angle. This paper is aimed to examine the dependency of droplet wetting length upon the above parameters. In the process, morphology of either a barrel-shaped droplet or a liquid bridge sitting on two parallel filaments is determined numerically by using surface finite element method (SFEM). Variation of wetting length with contact angle is examined at varying droplet volume, filament spacing, and droplet morphology. It is found that the droplet wetting length increases with decreasing filament spacing ratio as well as contact angle while it also increases with the growth of droplet volume. The dependency of wetting length upon contact angle behaves sensitive to filament spacing in the case of stable liquid bridges, while it exhibits nearly constant sensitivity to the contact angle in the case of barrel-shaped droplets. The quantitative relations yielded in this study can be considered as characteristic curves applicable for a variety of droplet-on-filament systems, particularly useful to wetting property characterization of filaments, micro liquid delivery, biological cell manipulation, etc.     

围绕变壁温水平圆柱热源接触熔化的理论分析

研究围绕变壁温热源的接触熔化,建立表面温度随角度变化的水平圆柱热源接触熔化模型.对紧密接触熔化区的液体传热与运动状态进行分析,运用Nusselt液膜理论建立熔化控制方程,并采用理论求解,得到稳定熔化时的熔化速度解析解,所得结果包含了文献关于定壁温热源熔化的分析结果.通过分析不同温度分布下发生接触熔化的熔化速度、液膜厚度和压力分布情况,得到温度分布对熔化影响的规律.