基于改进格子Boltzmann焓法模型的液滴凝固数值研究

为了研究不同冷壁面特性上液滴的结晶过程以及凝固速率的规律,利用通过加入对流换热和辐射换热项,使用固相体积分数修正流场的改进的焓-LB方法,使得模型模拟的结果更加精确.分析了液滴在6种不同的壁面特性下,凝固过程平均固相体积分数随时间的变化.分析了凝固后接触角及接触面积与半径的比值随亲疏水性不同的变化.结果表明:壁面的亲水性越好,液滴凝固成核后与壁面的接触角越小,接触面积与半径之间的比值越大;反之,壁面的疏水性越好,液滴凝固成核后与壁面的接触角越大,接触面积与半径之间的比值越小.在超疏水表面存在粗糙元间距较大时,凝固速率最慢,且与粗糙元的接触面积较小,有利于抑霜除霜.     

水滴撞击倾斜非Newton除冰液液膜动力学行为特性数值研究

为了探究降雨天气下水滴撞击除冰液液膜后引发的非Newton动力学行为,耦合相界面控制方程及组分输运方程,构建了多相、多组分、多体系耦合作用的液滴撞击非Newton液膜的动力学行为模型.开展了水滴撞击除冰液液膜非稳态演化行为特性数值研究,以实验结果验证并修正了模型.此外,进一步分析了除冰液的剪切稀化特性和斜面坡度对撞击过程的影响机制.研究结果表明：液滴撞击倾斜液膜后会产生非对称的液冠,而除冰液非Newton特性引发的黏度差异进一步导致撞击后的非对称运动;在液冠的形成过程中,除冰液被带离液膜,与水分的稀释效应共同降低了液膜的黏度;坡度的增加限制了水滴在液膜上游的作用范围,促进了下游液冠的生长进而加快了除冰液的脱离,因此液膜在下游的黏度显著降低.     

基于改进格子Boltzmann焓法模型的霜层生长数值研究

采用介观尺度格子Boltzmann方法数值研究壁面的表面特性对霜层生长的影响.将成核概率模型和改进的焓法相变模型相耦合，建立基于成核概率理论的霜层生长过程格子Boltzmann模型.该模型能够在宏观尺度上模拟霜层生长的加密加厚过程，也可以从微观尺度上描述局部的冰枝生长导致的霜层结构的动态变化，应用该模型能够获得霜层平均厚度、平均密度、结霜量等内部非稳态物理量.开展冷壁面上霜层形成及生长过程的数值研究，获得霜层的拓扑结构时空演化特性，得到不同时刻下结霜量以及霜层的平均厚度、平均密度、平均固相体积分数，探讨冷壁面温度、相对湿度、冷表面浸润性能对结霜的影响.