异性荷电液滴非聚合特性的实验研究

基于显微高数数码摄像技术对异性荷电液滴对撞行为的演变过程进行了实验研究。以不同离子浓度的盐酸水溶液为研究介质,精确捕捉了不同电压下异性荷电液滴的非聚合破碎形貌特征,探讨了介质电导率等对异性荷电液滴非聚合及破碎特性的影响规律。实验结果表明:低电导率液滴在较高电压下的动力学行为表现为非接触反弹。随着电导率的增加,液滴对撞过程的动力学行为表现为非接触破碎,液滴尖端的离子浓度在发生空气放电前达到瑞利极限。液滴破碎行为的剧烈程度与液体电导率成正比,高电导率液体在较低的电压区间便观察到液滴的破碎行为,且液滴拉伸速率及破碎体积对电场强度的变化更加敏感。     

荷电液滴脉动变形特性的实验研究

为探讨荷电液滴的变形机理,对滴状模式下荷电液滴的脉动变形特征进行了实验研究。综合考虑毛细管经、荷电电压及液滴的物性参数,采用带有显微变焦镜头的高速数码相机对荷电液滴进行了微距拍摄,并结合图像处理技术研究了荷电液滴的脉动变形问题。实验结果表明:随着电压的增加,液滴的最大变形率逐渐增大,但其脉动变形周期却逐步减小。对于导电性液体,电导率对荷电液滴的变形率及脉动周期影响微弱。表面张力与荷电液滴的最大变形率呈反比,与其脉动变形周期呈正比。     

醇在油相中荷电雾化的实验研究

电场作用下荷电多相反应系统在强化传质和相间作用方面具有显著的优势,有利于克服酯交换反应制备生物柴油过程中两相互溶性差的问题。本文基于显微高速摄像技术对油相中乙醇荷电破碎行为的演变过程进行了可视化研究,精确捕捉了不同毛细管口场强下荷电乙醇液滴破碎的显微形貌特征,探讨了电场强度影响下破碎模式的演变规律。实验结果表明,随着毛细管口电场强度的增加,醇在油相中的荷电雾化依次经历了滴状模式、单滴破碎模式、枝权状破碎模式及膜状破碎模式,且生成液滴的尺寸逐渐减小。膜状破碎模式下,形成大量微小液滴,可快速实现油醇两相的混合,为酯交换反应过程提供一种有利的反应环境。     

疏水表面单液滴荷电蒸发的特性研究

综合运用PIV、高速数码及图像处理技术,对不同电导率液滴在外加电场下蒸发的显微形貌特征及内部微流动进行了可视化研究。通过荷电液滴内部的速度云图及流线图,探究内部流动速度及流动状态与电场力、液体电导率等因素的关系,对液滴荷电蒸发过程的各个蒸发模式进行了定义。给出了液滴的内部微流动与电场力的关系,对疏水表面液滴荷电蒸发过程的变化趋势进行了标准化处理,给出相应方程,并与实验进行了对比。     

不同雾化模式下乙醇静电喷雾冷却换热特性

为揭示静电喷雾冷却过程传热强化机制,设计搭建了静电喷雾冷却传热实验台,对比研究了滴状、微滴、锥射流及多股射流模式下的喷雾粒径、喷雾速度等雾化特性,分析了雾化模式及工质流量对冷却换热性能的影响规律。研究结果表明,随着电压逐渐增加,喷雾粒径不断减小、喷雾速度不断增大,且电场力逐渐主导液体破碎及喷雾液滴撞击换热面过程;此外,随着雾化模式由滴状/微滴转变为锥射流/多股射流时,电场力可有效促进单相换热区的喷雾液滴铺展以及抑制过热状态下的液滴反弹,使核态沸腾阶段向更高表面温度方向延伸,喷雾冷却换热能力显著提升。     

超声速气流中液体横向射流雾化过程数值模拟

为了更加深入了解超燃冲压发动机燃烧室中的燃料雾化机理,对来流Mach数为1.94的超声速气流中液体横向射流的雾化过程进行了数值模拟研究.计算采用Euler-Lagrange方法,液滴二次破碎模型采用K-H/R-T模型.计算结果表明:考虑液滴二次破碎时,采用雾化锥模型获得的射流穿透深度以及液滴速度分布与实验结果符合得很好;初始液滴直径对射流穿透深度和液滴分布的影响很小;随着初始雾化锥角的增加,相同横截面上的射流穿透深度逐渐减小.当不考虑液滴二次破碎时,液滴穿透深度及分布与所选的初始液滴直径有很大关系.      

电场强化酯交换过程中醇油两相分散特性研究

电场对相间传质和相分散具有强化作用。为了探究电场强化酯交换反应的作用机理,基于电场作用下碱催化醇油酯交换反应动力学的分析,采用显微高速摄像技术对NaOH作为催化剂的酯交换反应体系中液滴的荷电分散行为及演变过程进行了可视化研究,精确捕捉了不同电场强度下液滴在连续相中荷电破碎的显微形貌特性.结果表明随外加电场强度的增加,液滴在连续相中的荷电破碎速率加快,液滴尺寸显著下降,有利于酯交换反应的强化.     

液滴撞击液膜的射流与水花形成机理分析

建立了单液滴撞击平面液膜的物理与数学模型,采用Coupled Level Set and Volume of Fluid方法对这种现象进行了数值模拟,探讨了黏度和表面张力对冠状水花形态的影响.通过分析撞击后液体内部的压力和速度分布,揭示了液滴颈部射流的产生机理,验证了Yarin和Weiss提出的运动间断理论.研究显示,表面张力对冠状水花形态的影响远大于黏度的影响.颈部射流的产生主要是由于撞击后颈部区域局部较大压差造成的,随着撞击过程的继续,压差作用减弱;液膜内流体的径向运动对射流发展成冠状水花具有推动作用.     

悬垂液滴受迫振动的数值模拟与实验研究

利用有限元法进行数值模拟,研究了悬垂在针尖上的液滴在二阶模态下的振动情况.结果表明,悬垂液滴的固有振动频率与失重下自由液滴的固有振动频率间存在线性关系,该线性关系与液体的表面张力系数、液体的密度和针直径有关,与液体的黏度和"表面张力系数密度之比"无关;在声场的激励下,液滴的位移共振曲线与受迫振动的标准速度共振曲线在形状上一致,并且阻尼系数与黏度、表面张力系数、针直径呈正相关,而与密度、"表面张力系数与密度之比"呈负相关.最后以水为例将模拟结果与实验数据做了对比,两者符合得很好.     

液体横向射流在气膜作用下的破碎过程

为了研究液体横向射流在气膜作用下的破碎过程,采用背景光成像技术及VOF TO DPM方法进行了实验研究和仿真研究,模拟介质为水和空气.研究结果表明,液体射流在气膜作用下主要存在两种破碎过程:柱状破碎和表面破碎.Rayleigh-Taylor(R-T)不稳定性产生的表面波是液体射流发生柱状破碎的主要原因,气流穿透表面波的波谷导致射流柱破碎,破碎后的液丝沿流向逐渐发展呈带状分布.Kelvin-Helmholtz(K-H)不稳定性产生的表面波是液体射流发生表面破碎的主要原因,液丝和液滴从射流表面剥离.局部动量比对液体横向射流的破碎过程具有重要影响,当局部动量比较低时,液体射流的破碎由K-H不稳定性主导;随着局部动量比的增大液体射流的破碎逐渐由R-T不稳定性主导.液体射流的破碎长度及穿透深度均随局部动量比的增大而增大.