高温气流中液滴蒸发的表面张力效应

针对高温气流中燃料液滴的受热蒸发过程,以正十二烷液滴为例,建立了考虑液滴受热膨胀、表面张力及气流热物性变化的分析模型。采用移动网格法,并通过温度插值减小网格移动产生的偏差,编制了计算程序。在与文献结果对比验证的基础上,数值模拟了高温对流环境中的液滴蒸发过程;探讨了高温气流加热条件下,液滴表面张力变化对液滴蒸发的影响。结果表明,是否考虑液滴表面张力及其随温度变化,对液滴内压和蒸发过程的影响不大。     

固体表面上流动膜沸腾与液滴蒸发机理研究的新进展

当单个液滴落在温度超过某一临界值的炽热固体表面上时,液滴会像弹性球一样跳跃,并伴随着液滴表面蒸发而滴径逐步缩小.这种现象由J.G.Leidenfrost在1756年所发现,是物理学上著名的“球化态”奇异现象,称为Leidenfrost现象.出现此现象的热表面临界温度则称为 Leidenfrost温度(LFT).不同液体在不同压力下和不同表面状况的LPT是不同的.常压下水在一般平整度的钢铁表面上的LFT大约为300℃.液滴大小不同时所呈现的Leidenfrost现象也会有差异.滴径较大的液滴撞击温度超过LFT的热表面时,将克服表面张力的制约而伸展成圆盘状,悬浮在炽热固体…     

一种研究液滴流动蒸发换热的数值方法

液滴的流动蒸发换热是一个即常见又基础的问题,对液滴的流动蒸发换热进行准确的描述对许多工程实际及科学研究都有很重要的意义。对于这样一个多相、多组分输运的物理过程,本文使用VOF方法对液滴形态进行描述,建立动力学蒸发模型对液滴的蒸发过程进行刻画,同时在气相中使用组分输运方程最大程度上还原了液滴蒸发的物理过程。本文使用所建立的数值方法对正庚烷液滴的自然对流蒸发及强迫对流蒸发进行了数值模拟计算,与实验结果吻合良好。     

平板热管蒸发段多孔介质内流动和传热分析

通过假定平板热管多孔芯内流体的压力分布,对流动和传热进行了分析,得出结论:边界对于速度分布和流量计算的影响比惯性影响大,对于液层的分布二者影响都很小;多孔介质底部温度分布均匀,热流密度方向基本垂直于边界.     

水平平板上静态液滴的光学效应研究

对液滴表面的光学衍射效应进行实验研究.当用一准直、扩束的激光束自下而上,垂直照射水平放置的平板上的静态液滴表面时,得到了清晰、稳定的衍射图样.衍射图样的强度分布随着入射光束半径的变化而变化.当激光束半径改变到某一特定大小时,衍射图样中心条纹消失.通过对衍射条纹的分布与液体表面形态的理论分析,并根据物理光学原理,得到了条纹强度分布与激光束半径和入射面液面最大高度之间比值是相关的.基于这一发现,提出了一种液滴表面研究的非接触、有效实验方法.     

含颗粒液滴蒸发的沉积和内部流动特性

含颗粒液滴蒸发是自然界和工业生产中常见和重要的热质传递现象,其蒸发流动和沉积特性机理尚有待深入揭示。本文直接采用荧光示踪纳米颗粒,研究含颗粒的去离子水液滴在不同颗粒浓度和乙醇浓度条件下的蒸发特性和沉积特性。同时,借助纳米PIV技术获得液滴近壁区尤其是三相接触线附近的速度场。实验结果表明,随颗粒浓度和乙醇浓度的改变,液滴的内部流场发生很大的变化,最终沉积图案也有明显差异。最后,通过初步的理论分析解释了其内部流场和最终沉积变化的原因。     

加热基底上附壁液滴蒸发动力学实验研究

为了了解液滴表面热流型演变规律及其对蒸发速率的影响,采用稳态蒸发实验研究了加热基底上乙醇和水滴的蒸发过程。液滴半径固定在R=2.5 mm,高度变化范围为0.4至1.4 mm。结果表明,随着液滴高度降低,乙醇液滴表面出现了中心不均匀的温度波动、热流体波及Bénard-Marangoni流胞,而水滴表面则没有明显温度波动。随着基底温度升高,液滴内部热对流增强;随着液滴高度降低,乙醇液滴蒸发速率先减小、后增大,而水滴蒸发速率则无明显变化。实验结果证实热对流对液滴蒸发速率具有明显促进作用。     

离子液体液滴在加热平板上的铺展特性研究

采用FLIR红外热像仪对离子液体及其水溶液液滴撞击加热平板后的表面温度分布进行研究,分析了液滴铺展直径随平板加热温度及加热时间的变化规律。结果表明:随着液滴与平板加热时间的增加,液滴表面温度分布均由凹状分布变化至均匀分布;随着平板温度的增加,液滴表面温度增加。随着加热时间的增加,水液滴直径缓慢减小,并在某一时刻急剧降低;而对于60wt%离子液体液滴及纯离子液体液滴,液滴直径反而缓慢增加并趋于稳定。随着加热温度的增加,水液滴直径急剧降低的时刻点前移,对于60wt%离子液体溶液液滴,液滴直径变化规律不明显,而对于纯离子液体液滴,液滴直径逐渐增加。     

电场作用下纳米流体液滴在超疏水热表面蒸发特性的研究

本文研究了平行电场中超疏水热表面上氧化石墨烯纳米流体液滴的蒸发特性.利用可视化技术捕捉了液滴接触角、接触直径及瞬态相界面的变化.实验发现平行电场能够将液滴沿电势梯度方向拉伸成椭球状,并可以调控蒸发过程中液滴接触直径的变化过程及大小.当液滴接触直径收缩比减小至某一临界值后,将出现一种新的蒸发模式:接触角与接触直径均保持不...     

声悬浮条件下环己烷液滴的蒸发凝固

采用单轴式声悬浮方法研究了环己烷液滴的蒸发过程,发现环己烷液滴的蒸发可以使自身温度降至熔点以下并发生凝固.高速摄像实时观测表明,环己烷晶核开始形成于液滴赤道附近,并以枝晶方式长大,平均生长速度为12.5-160.4 mm/s.进一步研究发现,声悬浮条件下平均Sherwood数与平均Nusselt数的比值Sh/Nu是在自然对流条件下的1.3倍,这表明声流边界层有效提高了环己烷液滴的蒸发速率而对传热的促进作用相对较小,因而可以使液滴降至更低温度,进而发生凝固.据此,提出了挥发性液体在声悬浮条件下发生蒸发凝固的必要条件. 关键词： 声悬浮 声流 环己烷 蒸发凝固     

液滴在竖直表面上的蒸发速度及其形态

引论 在低重力条件下,表面张力将起主要作用。最近,由于两项重要应用而激发起了低重力条件下关于界面稳定性方面的Marangoni效应的新的研究兴趣。这两项应用即:低重力的航天实验室条件下金属融炼处理及材料纯度的测定。本文涉及的是竖直表面上挂滴的浮升-热毛细不稳定性及确定蒸发速度的方法。当一个液滴被置于一个竖直表面上时,重力使之变形而成为一个薄液层下挂一个“泪头”。本文使用激光阴影法对这一薄液膜及其“泪头”的界面稳定性作了可视化研究并确定了这两部分液体的体积变化历程。     

超临界环境下燃料液滴蒸发的分子动力学模拟

本文采用分子动力学模拟的方法,研究了超临界压力下正十二烷液滴在氮气环境中的蒸发过程,环境温度覆盖了从亚临界到超临界的范围。研究表明,高压下的蒸发过程相对低压下的经典理论有明显偏离,其蒸发速率不符合D2定律的预测;环境压力和温度均对蒸发速率有明显影响,并且环境压力的提高还会使氮气溶解度和界面厚度显著增大。此外,分析还证明超临界环境下气液界面可能会变为连续相,从而使蒸发过程变成扩散主导的混合过程。     

固定接触角蒸发液滴内Marangoni对流数值模拟

考虑蒸发冷却效应、气相物质扩散、气液两相传热及界面变形,采用任意拉格朗日-欧拉法数值模拟研究了接触角θ、蒸发数Ec、Ma数对0.65cSt,硅油液滴固定接触角模型蒸发及Marangoni对流的影响。发现:液滴无量纲体积V~*变化与接触角θ、Ma数有关,而与Ec数无关;且V~(*2/3)随时间线性减少。当θ0.175 rad时,随着Ma数的升高,液滴内部依次出现热毛细涡流结构、单个BM涡流结构及多个BM涡流结构。当0.175 radθ0.479 rad时,存在热毛细涡流结构或多个BM涡流结构或两种同时存在,而无单个BM涡流结构。当θ0.479 rad时,仅存在热毛细涡流结构。当0.105 radθ0.401 rad时,每两种涡流结构的分界Ma数均随θ增大而减少。当θ0.401 rad时,热毛细涡流结构与多个BM涡流结构的分界Ma数随θ增大而增大。     

悬垂液滴研究及表面张力和润湿角测定

对光滑固体表面下悬挂的液滴进行了理论分析,建立了悬垂液滴特征尺寸R和H与液滴表面张力σL和固液界面润湿角θ之间的关系式,计算发现对于特定的ρ,σL,θ值,液滴质量m与固液界面润湿半径R、液滴高度H满足特殊的曲线关系.利用此关系可以同时测量液滴的表面张力σL以及固液界面间的润湿角θ.     

多组分生物燃料液滴蒸发过程研究

生物乙醇和生物柴油是发展迅速且潜力巨大的两种生物燃料,在最近关于生物乙醇、生物柴油与常规柴油掺混的三组分燃料的研究中发现了许多良好的燃烧特性。然而,人们对于这种轻质+中质+重质组成的新燃料的蒸发和燃烧机理尚不清楚,其蒸发特性尚待研究。本文在建立的描述多组分液滴蒸发所需的气相模型、液相模型、气液界面耦合方程基础上,对多组分生物燃料液滴的蒸发过程进行了研究并得到液滴表面以及内部详细的组分和温度分布。     

丁二酸-水纳米气溶胶液滴表面张力的分子动力学研究

表面张力在纳米气溶胶颗粒的吸湿生长研究中具有重要意义,然而现有实验方法不能对其准确测量.本文基于分子动力学方法模拟了丁二酸气溶胶颗粒吸湿生长形成稳定液滴的动力学过程,在此基础上,建立模型计算了液滴的表面张力,进而探究了温度、粒径和丁二酸浓度对纳米液滴表面张力的影响机制.结果表明,随着温度从260 K升高到320 K,液滴内分子间作用力的减弱导致了液滴表面张力的减小,且表面张力的减小程度随丁二酸浓度的增大而增大,究其主要原因在于液滴中丁二酸分子的径向分布随温度和丁二酸浓度变化的差异;随着粒径的增大,液滴表面张力先增大后趋于定值,且粒径对表面张力的显著影响区间随着丁二酸浓度的增大而缩短;研究还发现,丁二酸分子的表面活性导致液滴表面张力随着丁二酸浓度的增大而减小,且减小趋势符合对数函数形式,尤其是在粒径小于6.12 nm时,同时,基于Szyszkowski公式对液滴的表面张力进行了拟合.本文研究成果能为气溶胶颗粒的吸湿生长和相关动力学过程预测理论及模型的改进提供参数依据.     

液滴在不同润湿性表面上蒸发时的动力学特性

基于润滑理论,采用滑移边界条件建立了二维液滴厚度的演化模型和移动接触线动力学模型,利用数值计算方法模拟了均匀加热基底上固着液滴蒸发时的动力学特性,分析了液-气、固-气和液-固界面张力温度敏感性对壁面润湿性和液滴动态特性的影响.结果表明,液滴的运动过程受毛细力、重力、热毛细力和蒸发的影响,重力对液滴铺展起促进作用,而毛细力、热毛细力则起抑制作用;通过改变界面张力温度敏感性系数,可使液滴蒸发过程中的接触线呈现处于钉扎或部分钉扎模式,且接触线钉扎模式下的液滴存续时间低于部分钉扎模式;提高液-气与液-固界面张力温度敏感系数均可改善壁面润湿性能,加快液滴铺展速率;而增大固-气界面张力温度敏感系数则导致壁面润湿性能恶化、延缓液滴铺展过程;通过改变固-气界面张力温度敏感系数更有利于调控处于蒸发状态下的液滴运动.     

苄基叠氮化合物液滴蒸发特性试验研究

为了探究叠氮复合柴油实现快速燃烧的根本原因,本文在挂滴试验装置上利用高速摄像技术观察了初始直径为1.42 mm的苄基叠氮化合物液滴蒸发过程中的形态变化,研究了环境温度对液滴蒸发特性的影响。试验结果表明当环境温度达到苄基叠氮化合物发生液相化学反应的温度时,液滴的蒸发特性将发生根本改变,而且在液滴蒸发过程中观察到了液滴变形、气泡产生和膨胀、喷气、微爆等四种主要现象,这一强烈的反应是液滴内部的苄基叠氮化合物在液相中分解高速释放出的N_2所引起地。     

水平面上蒸发滴内的流动微结构及Bénard细胞流

本文揭示了水平面上蒸发滴内的流动微结构,特别是Bénard细胞流.对滴内Bénard细胞流的触发机制进行了初步分析.文中提出新的无因次量N并解释了其物理意义,还指出Ma-N图上存在一条“中性稳定曲线”.对蒸发滴内或膜内的温度分布历程进行了分析.     

基于振荡气泡法测定声悬浮液滴的表面张力

通过调节阵列式声悬浮装置的悬浮声压,使悬浮液滴转变为气泡.利用振荡气泡法的原理,结合声悬浮气泡在声场中处于缓慢变形的非平衡状态特点,对原始气泡表面膨胀系数的公式进行了修正.实验过程中采用高速摄像机记录气泡形成及振荡过程的图像,并对图像进行处理,测定悬浮气泡的表面膨胀模量,得到液体的动态表面张力.以锅炉用油为样品,利用声...