溶液液滴在热等离子体射流中的运动和蒸发

为考察溶液注入热等离子体喷涂过程中喷雾参数对涂层质量的影响,本文建立了溶液液滴在热等离子体中运动蒸发的数学模型。模拟了液滴在不同参数下的运动和蒸发的过程,考虑了液滴、热等离子气流及液滴表面气体混合物随温度及组分的物性变化以及斯蒂芬流的影响,得到液滴的运动轨迹,蒸发速率以及半径和表面温度的变化。结果表明在一定范围内增大液...     

等离子体合成射流能量效率及工作特性研究

基于等离子体激励器工作过程中气体放电的焦耳加热作用, 并结合局部热力学平衡等离子体物理假设, 开展了等离子体合成射流三维唯象数值研究, 获得了完整工作周期内等离子体合成射流流场发展演变过程. 研究结果表明, 单次能量沉积建立的自维持周期性射流中存在有实现激励器腔体"充分" 回填的最大脉冲工作频率––饱和频率. 大的能量沉积、小的激励器出口直径和相同腔体体积下大的径高比都可以产生速度更高的射流, 而射流速度的提高会伴随有饱和频率的降低. 一个饱和周期内, 最多约有16%的初始腔内气体喷出, 吸气复原仅能实现初始腔体质量90%左右的回填.一个大气压条件下, 容性电源供能的等离子体合成射流激励器电能向气体热能和射流动能的转化效率分别约为5%和1.6%. 关键词： 等离子体激励器 合成射流 能量效率 饱和频率     

三维层流等离子体射流中陶瓷颗粒的运动与加热

本文对带载气-颗粒侧向喷射的三维层流等离子体长射流中陶瓷颗粒的运动与加热进行了模拟研究,并与忽略载气喷射影响时的结果进行了比较。模拟结果表明,侧向载气喷射所引起的三维效应对颗粒行为有明显影响,陶瓷颗粒在等离子体射流中加热时颗粒内部可能出现相当大的温差,取决于环境参数,陶瓷颗粒表面温度可以高于也可以低于中心温度。     

两间隙毛细管等离子体射流发生器主放电数值模拟

 消融放电毛细管等离子体发生器产生的等离子体射流具有密度高和温度相对低的特性,在许多领域都具有潜在的应用前景。利用1维流体模型对两间隙毛细管等离子体射流发生器的主放电特性进行了模拟计算分析。模型考虑了焦耳热效应和管壁烧蚀对放电特性的影响。在管壁消融这种反馈稳定机制作用下,毛细管放电处于准稳态,其产生的等离子体温度在放电期间保持恒定。在放电能量为1 kJ的条件下,聚乙烯毛细管等离子体温度可达3 eV,电子密度可达1025 m-3量级,射流速度接近10 km/s。改变放电输入的焦耳热功率密度,等离子体温度和速度变化较小,但气压、质量密度以及等离子体电子密度等特性参数均可以获得较大幅度的改变。     

等离子体合成射流对超声速混合层的混合增强

采用实验加仿真方法研究了等离子体合成射流对超声速混合层的影响.使用基于纳米粒子的平面激光散射技术(nanoparticle-based planar laser scattering,NPLS)、粒子图像测速技术(particle image velocimetry,PIV)以及纹影手段获取了单次脉冲对混合层的影响.采用二维数值仿真对布置在不同位置的高频激励器的混合效果以及激励器的性能进行了研究.通过对比有扰动和无扰动的NPLS、PIV以及纹影实验结果,发现等离子体合成射流对超声速混合层有明显的扰动,射流喷出时会产生较强的斜激波.对数值仿真结果的分析表明,等离子体合成射流可以有效地增强混合层的厚度.对比激励器布置在不同位置工况下的混合层厚度,可以看出在激励器隔板末端对混合层的扰动效果最好,混合层对在隔板末端的激励器扰动响应也是最快的.对等离子体合成射流激励器的性能分析表明,在隔板末端的激励器输出的能量最多.通过分析等离子体合成射流的作用过程,可以看出激励器在隔板上下表面布置的作用形式是通过作用来流进而影响混合层,在隔板尾端布置的等离子体合成射流激励器直接作用在混合层上,实现混合增强.     

ICP微等离子体射流在快速成形制造中的应用

本文开展了大气压甚高频感应耦合(ICP)微等离子体射流的特性与应用研究.在150 MHz甚高频,功率为90 W条件下获得温度高达上千度的温热等离子体射流,射流长度近3 cm.随着气流量的增加射流将呈现层流到湍流的转变,长度先增后减;而功率对于射流长度的影响存在着一个上限,当等离子体吸收的能量与扩散损失的能量达到平衡时,射流长度将达到最大.利用这种ICP微等离子体射流进行了微尺寸金属铜的快速成形制造,得到了球冠状和柱状铜金属件.在扫描电子显微镜下观察到沉积物表面最小颗粒尺寸远小于铜粉颗粒;X射线衍射结果显示沉积物表面存在弱氧化物峰,这是沉积过程中空气被射流卷入所致.     

低压下直流电弧热等离子体射流电子密度的光谱法测量

采用原子发射光谱仪研究低压直流电弧热喷涂等离子体射流的特性。利用Stark展宽法采集H_β谱线,使用其Δλ_1/2来计算等离子射流中的电子密度,研究了氢气流量、输入功率和探测距离对等离子体射流中电子密度的影响。使用Saha方程计算热等离子体的电离程度,研究了功率/氢气流量与等离子体电离程度的关系。结果表明:电子密度和电离程度随着电流强度的增大而增加;氢气流量增加可以明显提高等离子体射流的能量,但对电离程度影响不大。     

大气压冷等离子体射流研究进展

有许多种方法可用于在大气中产生等离子体射流,冷等离子体（离子温度在室温附近）射流即是其中的一种.近年来,人们发现氦气或其它惰性气体通过毛细管介质阻挡放电形成的冷等离子体射流具有类似子弹的传输特性,在有机材料表面改性、等离子体医学等领域获得了广泛的应用.通过专门设计的一系列实验,我们逐渐揭示了其产生机理,并深入研究了传输特性.文章简要介绍近年来我们所做的有关大气压冷等离子体的实验过程以及获得的一些重要结论.在对这种等离子体深入了解的基础上,作者还开发了一种新装置,该装置的最大特点是既利用了氦气在辅助放电方面的特性,又不消耗这种昂贵的资源;并且它还特别适合于在臭氧层修复、等离子体医学等方面的应用.     

两相射流穿透研究

前言 射流穿透在工程技术上有广泛的应用.液体燃油喷入高速热气流的油雾射流穿透对喷气发动机燃烧室中燃油的散布,对燃烧性能有重要的影响。穿透深度直接关系到燃油是否碰壁,燃油在空间的分布与浓度场以及稳定器表面集油率等。射流穿透的研究对于多相流理论和计算分析方法的发展也有意义。     

EAST����������ע��ij���ʵ���о�

对EAST中性束反向注入过程中等离子体加热和电流驱动进行了实验研究,并采用了美国普林斯顿大学等离子体物理实验室开发的TRANSP程序对高功率中性束注入过程中能量热输运进行了分析.结果表明,中性束注入可有效提高本底等离子体温度,产生束驱动非感应电流,提高等离子体旋转以及有效改善等离子体约束.     

Investigations of Droplet‐Plasma Interaction using Multi‐Dimensional Coupled Model

Recently developed multi‐dimensional coupled fluid‐droplet model is used to investigate the behavior of complex interaction between the liquid precursor droplets and atmospheric pressure plasma (APP). The significance of this droplet‐plasma interaction is not well understood under diverse realm of working conditions in two‐phase flow. In this study, we explain the implication of vaporization of liquid droplets in APP which are subsequently responsible to control major characteristics of surface coating depositions. Coalescence of water droplets is more dominant than Hexamethyldisiloxane (HMDSO) droplets because of its sluggish rate of evaporation. A disparity in the performance of evaporation is identified in two independent mediums, such as gas mixture and discharge plasma using HMDSO precursor. The length of evaporation of droplets is amplified by an increment of gas flow rate indicating with a reduction in the gas temperature and electron mean energy. In particular, the spatio‐temporal density distributions of charged particles show a clear pattern in which the typical nitrogen impurity ions are primarily effective as compared to other helium ionic species along the pulse of droplets in APP. Finally, we contrast the behavior of discharge species in the pure helium and He‐N2 gas mixtures revealing the importance of stepwise and Penning ionization processes. (© 2015 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

Evaporation of liquid droplets from a surface of anodized aluminum

The results of study of evaporation of water droplets and NaCl salt solution from a solid substrate made of anodized aluminum are presented in this paper. The experiment provides the parameters describing the droplet profile: contact spot diameter, contact angle, and droplet height. The specific rate of evaporation was calculated from the experimental data. The water droplets or brine droplets with concentration up to 9.1 % demonstrate evaporation with the pinning mode for the contact line. When the salt concentration in the brine is taken up to 16.7 %, the droplet spreading mode was observed. Two stages of droplet evaporation are distinguished as a function of phase transition rate.     

Homogeneous polymer blend microparticles with a tunable refractive index

We show that homogeneous polymer blend microparticles can be prepared in situ from droplets of dilute solution of codissolved polymers. Provided that the droplet of solution is small enough (<10 mum), solvent evaporation is rapid enough to inhibit phase separation. Thus the polymers that are being mixed need not be miscible, which greatly enhances the applicability of the technique. From analysis of two-dimensional Fraunhofer diffraction (angular scattering) patterns, we show that both the real and the imaginary parts of the refractive index can be tuned by adjustment of the relative weight fractions of polymers in solution.     

高速数字全息测量乙醇喷雾火焰中液滴三维位置、粒径及蒸发率

喷雾蒸发燃烧的研究对指导发动机燃烧系统设计具有重要意义。本文搭建了高速数字全息系统,在线测量乙醇喷雾火焰中液滴的粒径、三维位置、速度及蒸发率。对喷雾火焰中的液滴进行了统计分析,得到液滴粒径及三维空间分布。燃烧喷雾场液滴的平均粒径为68μm;非燃烧火焰测试区液滴数量多且较密集,燃烧火焰测试区液滴数量少且稀疏.追踪单液滴并处理得到湍流火焰中液滴的运动轨迹及速度。通过研究粒径的平方D2随停留时间ts的变化,测得液滴平均蒸发率为-3.343×10-7 m2/s.     

液滴撞击加热壁面传热实验研究

本文采用高速摄像仪对水滴和乙醇液滴撞击加热壁面后的蒸发过程进行了实验观测, 分析了液滴撞击加热壁面后的蒸发特性参数. 实验中, 两种液体初始温度均为20 ℃, 不锈钢壁面初始温度范围为68-126℃. 水滴初始直径为2.07 mm, 撞击壁面时Weber 数为2-44; 乙醇液滴初始直径为1.64 mm, Weber数为3-88. 结果表明, 液滴受到重力、表面张力及流动性的影响, 在蒸发过程的大部分时间内, 水滴高度持续降低而接触直径几乎不变; 蒸发后期, 液滴发生回缩, 水滴的接触直径、高度和接触角出现振荡现象. 乙醇液滴的接触角随时间的增加呈现先减小随后保持不变的趋势, 而接触直径和高度则持续减小, 直到液滴完全蒸发. 液滴蒸发总时长与液体物性和壁面温度有关, 随壁面温度的升高而减小, 与液滴撞击壁面时的Weber 数无关. 同时, 随着壁面温度的升高, 液滴显热部分占总换热量的比重增大, 显热部分能量不可忽略, 本文实验条件下得到水滴的平均热流密度为0.014-0.110 W·mm^-2.     

Laser-induced fluorescence of tracers dissolved in evaporating droplets

Laser-induced fluorescence (LIF)-based spray volume and droplet-size measurements rely on assumptions about the evaporation or accumulation of fluorescent tracers during the evaporation of the droplets. We investigate the time-dependent variation of droplet-size and LIF signal intensity of CO₂-laser-heated evaporating water droplets doped with rhodamine 6G. After an initial decrease of fluorescence intensity by 30% due to temperature-dependent diffusion of oxygen into the droplets, the LIF signal remains constant, indicating that the tracers have fully accumulated in the droplet. This evaporation-independent signal can be used as a reference for Mie-scattering-based droplet surface-area measurements that will allow the sensitive observation of spray evaporation and droplet breakup. PACS 42.62.Fi; 32.50.+d; 42.62.Cf     

实心与空心锥形喷雾与热多孔介质相互作用的数值研究

在KIVA-3V中增加了油滴碰撞热多孔介质壁面的碰撞模型、传热模型及空心喷雾的线性不稳定性液膜破碎模型(LISA).在多孔介质结构简化描述的基础上,详细模拟了实心喷雾与空心锥形油雾与热多孔介质之间的碰撞过程.针对Senda等人的实验进行了数值计算,油束碰壁后油滴和油蒸汽分布的数值计算结果与实验结果吻合得很好.计算结果表明油雾在碰撞到热多孔介质后,油束会发生分裂,为油滴的快速蒸发和油蒸汽与空气充分混合创造了前提.油滴初始动能相同的条件下,空心喷雾的油滴穿越多孔介质的可能性比实心喷雾要小.     

Low-temperature synthesis of metal oxide nanoparticles during evaporation of femtoliter drops of aqueous solutions

We report on experimental results on the synthesis and growth of nanoparticles formed during evaporation of micrometer droplets of concentrated solutions in a low-pressure aerosol reactor. It is shown, in particular, that macroscopic compounds of nickel oxide in the form of nanoparticles are formed at room temperature from a supersaturated solution of nickel chloride. The features of the low-pressure electrostatic precipitation of femtoliter droplets on a substrate are investigated. Theoretical and experimental morphologies of nanoparticle ensembles obtained in this way are compared.     

Droplets evaporation: Problems and solutions

The evaporation of single droplets and sprays into gaseous atmosphere and the evaporation of sessile liquid droplets on solid substrates are here considered. We argue that if thermodynamics is augmented with Derjaguin’s (disjoining/conjoining) pressure to handle phenomena in a vicinity of the three-phase contact line, problems like the singularity of the evaporation flux and of the viscous stress at the three-phase contact line of a sessile droplet are ruled out.