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。     

水平管外降膜流动液膜厚度的测量及分析

应用双极电导探针技术对水平管外无传热时的降膜流动的液膜厚度分布及其变化特性进行了实验研究.试验段水平管管径为φ25.4mm,长为300mm,液膜流量范围为Q=50~250L.h-1,水平管之间的垂直管间距分别为25mm,32mm,40mm.测量了不同流量、管间距变化条件下的液膜厚度分布,重点分析了流址变化、管间距变化、...     

NaCl溶液静态闪蒸前后液膜浓度变化的实验研究

论文设计搭建了静态闪蒸实验台,对NaCl溶液静态闪蒸平衡时刻闪蒸腔剩余液膜浓度变化进行了实验研究。实验中,液膜初始浓度为0~0.26,液膜初始厚度为0.1~0.4 m,过热度为2~43℃。结果表明:剩余液膜浓度的变化是蒸发和蒸汽携带二者共同作用的结果;剩余液膜浓度随过热度的增大而增加,当过热度相同时,随液膜初始浓度和液膜初始厚度的增加而提高。浓缩比随过热度的增加而提高,随液膜初始浓度的增加呈现先增加后减小的趋势。     

双液滴撞击平面液膜的流动与传热特性

采用耦合的水平集-体积分数法(CLSVOF)对双液滴连续撞击恒定壁温壁面上的热液膜的流动和换热特性进行了数值模拟及分析,得到了双液滴撞击热液膜后形态演变的过程.分析了液滴垂直间距、撞击速度、液膜厚度以及液滴直径对双液滴撞击液膜后的流动与传热特性的影响,结果显示,壁面平均热流密度随液滴撞击速度的增大而增大,液滴垂直间距、液膜厚度和液滴直径对平均热流密度的影响较小,但会对热流密度在撞击区域和交界区的分布产生重要影响.     

半椭圆管水平降膜液膜厚度图像数字化处理研究

在不同喷淋量Q、管间距S、布液高度H下对半椭圆管水平降膜液膜厚度变化进行研究,同时与圆管、椭圆管的液膜厚度进行了对比,运用图像数字化处理得到降膜过程的气液界面线以及半椭圆管液膜厚度随管壁周向角变化情况。结果表明:对于相同截面周长的圆管、椭圆管和半椭圆管,在相同工况下,半椭圆管的平均液膜厚度最小;随着喷淋量的增加,液膜厚度先增加后变小;随着布液高度的增加,液膜厚度逐渐变薄;随着管间距增加,液膜厚度逐渐变薄;截面周长为79.8 mm、长短轴比为2.1的半椭圆管在喷淋量Q为0.14 L/min、布液高度H为15 mm、管间距S小于20 mm,液膜厚度稳定,有利于充分换热。     

低温开架式气化器表面结冰数值模拟

针对开架式气化器(ORV)建立4组不同海水液膜厚度下的换热管模型,基于Realizable k-ε及SolidificationMelting模型进行流固耦合传热计算,分析不同海水液膜厚度以及不同海水入口流速对换热管外海水结冰的影响。海水入口流速在0.5m/s~1m/s范围内变化时,海水入口流速越小,液膜厚度越薄,换热管外海水越易结冰;当液膜厚度为1mm、海水入口流速为0.5m/s时,结冰长度达到454mm。可见,换热管外海水结冰受液膜厚度与海水入口流速影响很大。海水从上往下流动过程中,换热管外海水结冰率逐渐增大,冰层逐渐增厚,且结冰重点区域位于换热管翅片缝隙及换热管连接处。因此在ORV实际运行中,为防止换热管结冰,应合理布置海水分布装置,并对换热管外翅片夹角、形状及换热管连接结构进行优化设计,以增强ORV传热效果。     

液滴冲击液膜过程实验研究

实验显示了液滴撞击物体表面液膜后产生水花、发生飞溅,特别是产生“钟形”水花等的流动现象.根据实验结果,探讨了液滴冲击速度、液体黏性、表面张力、液滴直径和液膜厚度等对液滴冲击后产生的流动现象,以及液膜形状演化的影响,分析了观测到的鲜有文献报道的液滴撞击液膜后产生“钟形”水花的现象. 关键词： 液滴 液膜 冲击 流动显示     

表面弹性和分离压耦合作用下的垂直液膜排液过程

针对含不溶性活性剂的垂直液膜排液过程,在考虑表面弹性和分离压耦合作用的基础上,采用润滑理论建立了液膜厚度、表面速度和活性剂浓度的演化方程组,通过数值计算分析了表面弹性和分离压单独作用和耦合作用下的液膜演化特征.结果表明:表面弹性与分离压均对垂直液膜排液过程有显著影响.表面弹性单独作用时,液膜初始厚度随弹性增大,黑膜仅在液膜顶部形成,长度较短且不能稳定存在;分离压单独作用时,活性剂随流体不断汇集在底端,液膜表面无法形成表面张力梯度,不发生逆流现象;当二者耦合作用时,可得到较稳定的液膜,排液前期增加表面弹性可提高液膜的厚度、降低表面速度和促使液体逆流,从而减缓排液过程;后期出现黑膜后,分离压中的静电斥力起主要作用,延缓液膜"老化".     

工质对微通道沸腾液膜瞬态变化的影响

本文采用去离子水和无水乙醇两种工质,利用微通道流动沸腾同步测量实验系统,研究了液膜厚度的瞬态变化规律,实验发现流动沸腾形成的初始液膜厚度在毛细数Ca很宽的范围内都遵循Taylor流动原理;液膜形成后,在蒸发和蒸汽流动携带的耦合作用下,厚度迅速减薄直至蒸干;由于水的汽液黏度比小,速度梯度小,剪切作用带来的液膜厚度减少量小,且水的汽化潜热大,吸收相同热量时蒸发量小,导致水的液膜厚度变化斜率较小,通过理论分析提出了沸腾液膜厚度变化的计算模型,计算结果与实验结果的误差小于20%。     

液滴冲击液膜过程实验研究

实验显示了液滴撞击物体表面液膜后产生水花、发生飞溅,特别是产生“钟形”水花等的流动现象.根据实验结果,探讨了液滴冲击速度、液体黏性、表面张力、液滴直径和液膜厚度等对液滴冲击后产生的流动现象,以及液膜形状演化的影响,分析了观测到的鲜有文献报道的液滴撞击液膜后产生“钟形”水花的现象.     

基于傅里叶变换轮廓术的动态液膜测量

动态液膜三维形貌的高速测量及重建，对于能源动力领域的工业过程优化十分重要。基于傅里叶变换轮廓术，对缓变表面和非缓变表面分别进行了模拟仿真，研究了物体表面形貌重建精度的影响因素，包括物体表面高度变化率、环境随机噪声以及条纹频率。并根据模拟结果对实验参数进行了优化，研发构建了高速三维结构光测量系统，对竖直壁面下降液膜表面形貌进行了动态测量。实验结果表明:随着液膜沿竖直壁面向下流动，液膜厚度呈现先增大后减小的趋势，高度方向的平均误差为0.1 mm，傅里叶变换轮廓术能够精确地应用于动态液膜高速测量。     

连续凹槽基底对含非溶性活性剂薄液膜流动特性的影响

针对连续凹槽基底上含非溶性活性剂液膜的流动过程, 采用润滑理论建立了液膜厚度和活性剂浓度演化模型, 利用PDECOL程序数值模拟得到了液膜流动的动力学特征及基底结构参数的影响. 研究表明: 活性剂液膜流经连续凹槽时, 负向台阶处形成凹陷, 正向台阶处形成隆起, 且随时间逐渐增大; 与平整基底相比, 连续凹槽下的活性剂液膜铺展速度加快; 基底凹槽的高度增加或斜度减小可加速液膜破断的可能性; 增大凹槽宽度可促进液膜流动; 减小斜度会使液膜进入第一凹槽前形成隆起特征; 重力在液膜的爬坡和下坡过程中具有相反的作用, 但均使得流动稳定性变差; 分子间作用力形成的结合压可加速液膜流动, 进而引发去湿润现象, 分离压则与之相反. 关键词： 活性剂液膜 非平整基底 铺展 分子间作用力     

凹槽基底上含不溶性活性剂液膜的流动特性

针对凹槽基底上含不溶性活性剂液膜的流动过程,采用润滑理论建立液膜厚度和浓度演化模型,通过数值模拟得到液膜的流动特性及相关参数的影响规律.研究表明:含不溶性活性剂液膜在凹槽基底上流动时,重力和活性剂浓度梯度引起的Marangoni力对液膜的流动起促进作用,表面活性剂通过引起表层液体流动进而牵引内部液体运动,但其作用力相对重力较弱,重力起主导作用;与基底尺寸有关的粘性力则起阻碍作用;提高邦德数G和减小毛细力数C具有减弱液膜变形的作用;增大凹槽高度或减小凹槽斜度,均使Marangoni力增加,促使液膜变形加大.     

表面弹性对含可溶性活性剂垂直液膜排液的影响

针对含可溶性活性剂的垂直液膜排液过程,在考虑表面弹性作用的基础上,采用润滑理论建立了液膜厚度、表面速度、表面和内部活性剂浓度的演化方程组,通过数值计算分析了表面弹性和活性剂溶解度耦合作用下的液膜演化特征.结果表明：表面弹性是影响可溶性活性剂垂直液膜排液过程中必不可少的因素.排液初期,随表面弹性增加,液膜初始厚度增大,表面更趋于刚性化.随排液进行,弹性不同的液膜呈现不同的典型排液特征：当弹性较小时,液膜上部表面张力高,下部表面张力低,产生正向的马兰戈尼效应,与重力作用相抗衡.当弹性较大时,膜上部表面张力低,下部表面张力高,产生逆向的马兰戈尼效应,促使液膜排液加速,更易发生失稳.活性剂溶解度通过控制液膜表面的活性剂分子吸附量,进而影响表面弹性：当活性剂溶解度较大时,液膜厚度较小,很快发生破断;随溶解度降低,液膜稳定性增加,初始表面弹性也随之增大,并随液膜变薄逐渐接近极限膨胀弹性值.     

低温液氧在水平管上降膜流动特性模拟研究

为了探索低温液氧在水平管上的降膜流动特性,采用VOF模型模拟计算了不同工质、液氧饱和压力、椭圆率E对液膜厚度的影响。研究结果表明：在近似相等的Ka数下,液氧(Ka=5 382)的瞬时液膜厚度的波动振幅和局部液膜厚度最小,其次是丙烷(Ka=5 387)的、最大是水(Ka=5 344)的。瞬时液膜厚度振动幅度和局部液膜厚度随着Ka数增大而减小。在Re=1 500、D=25.4 mm时,平均液膜厚度在Ka=3 522～6 553范围内的降幅为54%。在E=1～2.5区间,局部液膜厚度随着椭圆率E的增大而减小,但是降低幅度趋缓。拟合了考虑椭圆率的液氧局部液膜厚度关联式,90%预测值和模拟值之间的相对偏差控制在±20%范围内。     

液滴撞击液膜过程的格子Boltzmann方法模拟

本文采用格子Boltzmann方法对液滴撞击液膜过程进行了研究, 主要考察了雷诺数(Re)、韦伯数(We)、相对液膜厚度 (h) 以及表面张力 (σ) 等物理参数对界面运动过程的影响. 首先, 随着Re数和We数的增加, 可以明显观察到液滴撞击液膜过程中形成的皇冠状水花以及卷吸现象; 当Re数较大时, 液体会发生飞溅, 由液体飞溅形成的小液滴则会继续下落, 并与液膜再次发生碰撞. 其次, 当相对液膜厚度较小时, 液滴撞击液膜并最终导致液膜断裂; 然而随着相对液膜厚度的增大, 尽管撞击过程溅起的液体会越来越多, 但是液膜并不会发生断裂. 再次, 随着表面张力的增大, 界面变形阻力增大, 撞击过程中产生的界面形变也逐渐减弱. 最后还发现皇冠(由液滴溅起形成)半径r 随时间满足r/(2R) ≈ α√Ut/(2R), 这一结果与已有结论是一致的.     

活性剂浓度分布对液膜排液过程的影响

针对含不溶性活性剂的垂直液膜排液过程,考虑分离压和表面黏度的作用,应用润滑理论建立液膜厚度、活性剂浓度和表面速度的控制方程组,分析初始活性剂浓度及梯度对排液过程的影响.结果表明：当液膜表面不含活性剂时,其排液历程很短,很快发生破断.当液膜表面添加活性剂时,可以延长液膜存续时间.而当液膜表面活性剂浓度较低时,其诱发的Marangoni效应不足以克服重力的排液作用,其形成的"黑膜"不能稳定存在.随活性剂浓度增大,液膜表面流动速度减小,液膜表面更加"坚固",所形成的"黑膜"非常稳定.当考虑初始活性剂浓度梯度时,其影响主要体现在减缓排液初期的表面速度.     

分离压和表面黏度的协同作用对液膜排液过程的影响

针对含不溶性活性剂的垂直液膜排液过程,在考虑分离压作用的前提下,引入随活性剂浓度变化的表面黏度模型,应用润滑理论建立了液膜厚度、活性剂浓度和液膜表面速度的演化方程组,通过数值计算分析了常表面黏度和变表面黏度情形下的液膜演化特征.结果表明:表面黏度是影响液膜排液过程的重要因素,当不考虑表面黏度时,液膜表面呈"流动"模式,反之呈"刚性"模式,且随表面黏度增加,液膜排液速率明显减缓.分离压对"黑膜"的形成至关重要,分离压单独作用时,其形成的"黑膜"长度较短,而只考虑表面黏度时,则不能形成稳定的"黑膜".而在二者协同作用下,液膜中部形成了向下扩展、厚度很薄但非常稳定的"黑膜",且"黑膜"厚度、出现时间均随表面黏度的增大而增加.当考虑活性剂浓度对表面黏度的影响时,表面速度受此影响显著;在形成"黑膜"长度及出现时间方面与相应常表面黏度的情形基本类似,但其"黑膜"厚度小于相应常表面黏度,故在液膜排液过程中更容易发生失稳.     

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。     

单液滴撞击倾斜液膜飞溅过程的耦合Level Set-VOF模拟

采用耦合水平集--体积分数法(CLSVOF)对液滴撞击倾斜表面液膜后液膜的形态演化及飞溅过程进行数值模拟, 并对液滴撞击液膜过程中形成的空气卷吸现象进行研究并探讨了撞击角对此的影响, 分析了液滴撞击后液体内部的压力和速度分布, 对液滴撞击倾斜表面液膜的飞溅过程进行讨论, 并与实验结果进行了对比, 验证了CLSVOF方法研究液滴撞击倾斜液膜的可行性. 结果表明, 液滴撞击倾斜液膜时前后两部分飞溅现象产生的机理不同, 前半部分飞溅是由于压差引起的颈部射流, 而后半部分则是由液膜径向流动产生的飞溅现象. 随着撞击角的增大, 空气卷吸气泡数量减少.