液滴撞击超疏水壁面反弹及破碎行为研究

液滴撞击壁面时,壁面亲水性对液滴撞击壁面后的变化历程具有重要的影响。利用相界面追踪的复合Level Set-VOF方法对液滴撞击超疏水壁面的运动进行了研究。研究结果表明,撞击速度较小时,液滴撞壁后发生反弹;撞击速度较大时,液滴撞壁后会发生破碎现象;初始粒径的增大和表面张力的减小,有利于液滴撞壁后产生铺展破碎现象;撞击角度对撞壁后的液滴行为具有较大的影响。通过数值模拟,给出了一定条件下液滴垂直及倾斜撞击超疏水壁面反弹及破碎的临界条件。     

过冷水滴撞击螺旋桨桨叶表面的数值模拟

本文介绍了某型螺旋桨在不同飞行状态下.求解桨叶水滴撞击特性的数值方法.该方法对桨叶运动模型进行简化,并在对绕桨叶运动的气流场计算的基础上,采用拉格朗日方法求解气流场中水滴运动方程,得到水滴运动轨迹.进而,确定了水滴对桨叶的撞击特性参数,为桨叶防冰系统设计提供条件.主要结论如下:(1)在巡航状态下,桨叶沿展向方向上总收集系数Em和局部收集系数β不断增大;(2)在爬升状态下,随着爬升高度H不断增大,飞行速度V0不断增大,水滴撞击在桨叶表面的范围有所增加,而且β随之增大;(3)随着水滴平均有效直径(MVD)的增大,水滴撞击在桨叶表面的范围明显增加同时,β在桨叶表面同一位置的值也随之增大.     

三维圆柱水滴撞击特性分析

发展了三维欧拉法水滴撞击程序,通过分析其中扩散系数值对结果的影响得出:扩散系数取值为0.001时本文计算结果与文献结果和实验值最接近。通过文献中2个算例进行了验证:三维圆柱算例中本文计算结果与文献中最大水滴收集系数相差3%,撞击极限相差7%;三维圆球算例中最大水滴收集系数相差1%,撞击极限相差6.5%。这表明此方法与文献中结果和实验结果吻合良好。利用欧拉法对三维圆柱的水滴撞击特性进行了数值模拟,分析了圆柱直径、来流速度、水滴直径对三维圆柱水滴撞击的影响。结果表明:相同条件下撞击极限随着圆柱直径增大而增大,最大水滴收集系数随着圆柱直径的增大而减小;撞击极限和最大水滴收集系数随着来流速度的增大而增大;来流速度越大,最大水滴收集系数增加幅度减小;撞击极限和最大水滴收集系数随着水滴直径的增大而增大;水滴直径越大,最大水滴收集系数增加幅度减小。     

数值模拟过冷水滴撞击翼型表面的收集特性

为了研究过冷水滴撞击翼型表面的收集特性,本文采用欧拉两相流法建立了气流控制方程和水滴运动控制方程,并采用有限体积法对方程进行了求解。为了使水滴体积分数在数值迭代过程中保持为正值,本文在水滴控制方程中引入了一个变量A,使得迭代过程更加平稳。求解水滴控制方程,并得到了翼型表面的水滴收集特性。对过冷水滴撞击翼型表面的收集特性进行了研究,在平均水滴直径不同的情况下,将单尺寸分布与多尺寸分布情况下的局部收集系数进行了对比;发现:局部收集系数在驻点附近比较一致,随着离驻点的距离越来越大,局部收集系数产生偏差;多尺寸分布的水滴撞击极限远大于单尺寸下的计算值。同时本文还讨论了过冷水滴的大小对局部水收集系数和撞击极限的影响,发现平均水滴直径越大,局部水滴收集系数和撞击区域越大。     

椭球液滴撞击超疏水表面反弹过程数值分析

液滴在自由落体或受外力作用时常发生椭球形变,对其撞击超疏水壁面的运动形态及形成二次液滴有较大影响.本文假定具有不同轴向半径比值(AR)的椭球形液滴,采用耦合水平集-体积分数(CLSVOF)方法对椭球形液滴撞击超疏水平壁面进行数值模拟研究,对椭球形液滴撞击超疏水平壁面反弹过程运动形态和AR对二次液滴形成的影响进行分析.研...     

大水滴撞击翼型后的破碎过程研究

针对大水滴撞击翼型壁面问题,通过引入表面张力系数和壁面接触角,建立了二维计算模型;采用水平集法从微观角度研究了水滴撞击翼型的过程.数值模拟结果表明:低速环境下气动力和表面张力是影响水滴变形的主要因素.大水滴主要撞击在翼型前缘点及吸力面,S801、S802、S803、S804四种翼型中S803翼型抗结冰能力最好,S804...     

超疏水沟槽表面通气减阻实验研究

减阻是解决航行体提速和增程的主要技术途径之一,对缓解日益严峻的能源危机极为重要.在重力式管道实验系统中,测试给出了湍流状态下不同通气速率时减阻率随雷诺数及沟槽无量纲间距的变化规律和气膜铺展状态,对比分析了单纯超疏水表面与超疏水沟槽表面上通气时减阻效果的差异.实验板材质为无色亚克力,沟槽结构采用机械方法加工,并在表面喷涂超疏水涂层.结果表明,持续通气能解决超疏水沟槽表面气膜层流失问题,实现气膜层长时间稳定维持;恒定雷诺数下,随通气速率增大,超疏水沟槽表面气膜铺展更趋均匀,减阻率上升;由于通气速率影响气膜横向扩展能力,致使恒定通气速率下,减阻率随雷诺数的变化呈现两种模式;在固定雷诺数及通气速率时,减阻率随沟槽尺寸的扩大先增后减, S⁺≈76时减阻率最大.分析其原因在于,沟槽结构增大沾湿面积的同时,显著提升了通气状态下超疏水表面气膜层的稳定性,因而展示出与超疏水表面和沟槽表面均不相同的减阻规律,且效果更佳.     

超疏水沟槽表面通气减阻实验研究

减阻是解决航行体提速和增程的主要技术途径之一,对缓解日益严峻的能源危机极为重要.在重力式管道实验系统中,测试给出了湍流状态下不同通气速率时减阻率随雷诺数及沟槽无量纲间距的变化规律和气膜铺展状态,对比分析了单纯超疏水表面与超疏水沟槽表面上通气时减阻效果的差异.实验板材质为无色亚克力,沟槽结构采用机械方法加工,并在表面喷涂超疏水涂层.结果表明,持续通气能解决超疏水沟槽表面气膜层流失问题,实现气膜层长时间稳定维持;恒定雷诺数下,随通气速率增大,超疏水沟槽表面气膜铺展更趋均匀,减阻率上升;由于通气速率影响气膜横向扩展能力,致使恒定通气速率下,减阻率随雷诺数的变化呈现两种模式;在固定雷诺数及通气速率时,减阻率随沟槽尺寸的扩大先增后减, S~+≈76时减阻率最大.分析其原因在于,沟槽结构增大沾湿面积的同时,显著提升了通气状态下超疏水表面气膜层的稳定性,因而展示出与超疏水表面和沟槽表面均不相同的减阻规律,且效果更佳.     

基于滑移理论的超疏水表面减阻性能分析

采用滑移理论计算和数值模拟方法研究超疏水表面的减阻性能.层流流动状态的数值模拟和理论计算结果的一致性较好,并可证明滑移速度与通道内流体速度之比与无量纲压降比的数量级相当;湍流状态的数值仿真结果表明,在目前可实现的滑移速度范围内,超疏水表面对水下航行器的流体阻力影响不显著.     

微纳结构超疏水表面的湍流减阻机理研究

超疏水表面的优异性质使其在现代生活和工业生产中具有十分广泛的潜在应用价值. 本文采用了碳纳米管缠绕技术和聚氟硅氧烷疏水化处理方法制备了具有二级微纳米结构的超疏水表面. 测量了由该超疏水表面构建的槽道中的流动压降,将其与普通表面构建的槽道内的流动压降进行比较,发现在层流情况下,流动阻力减小最多达到了22.8%. 在湍流的情况下,超疏水表面的减阻比例约为53.3%,减阻效果比层流更加明显.利用PIV (particle image velocimetry) 技术测量了具有超疏水表面的槽道内的速度场,通过超疏水表面速度滑移和湍动脉动场信息,分析了湍流减阻效果比层流更加明显的物理机制.     

阿姆斯特朗电解液液桥的实验现象及断裂机理研究

阿姆斯特朗液桥是电流体力学领域中的一种有趣现象,它悬在空中抵抗重力流动的神奇状态引起了人们的广泛关注.近十几年来,去离子水液桥已经通过理论和实验得到深入研究,但是对于电解液液桥的研究依然十分有限.本文以Na2SO4电解液作为形成液桥的实验液体,利用高速摄相机和红外热像仪研究了电解液液桥的形成过程、焦耳效应、流动中的热气泡产生及其破碎导致的液桥断裂等现象,提出了不同于去离子水液桥的断裂机理,有助于进一步加深人们对液桥这一复杂现象的理解.     

液体环轴对称抛撒首次破碎的实验研究和稳定性分析

首次破碎是液体抛撒、破碎过程中一个非常重要的阶段．本文提出了一种新的实验设备,并通过在这套实验设备上的一系列实验,得到了在不同激波马赫数、不同的液体种类和不同的抛撒容量下液体首次破碎过程的照片．实验结果表明,在确定的抛撒条件下,液体环的失稳,即不稳定的发生、发展并最终导致液体环破碎的过程,是由于液体环运动的加速度改变方向而引起的     

液滴在激波冲击下的破裂过程

对液滴在入射激波作用下的变形破碎过程进行了实验研究和数值模拟,得知数值模拟结果与实验结果基本吻合,以及在什么情况下两者出现分歧。结果显示,液滴在激波的作用下要经历从压缩变形、RM不稳定性变形、细小液雾剥离到全部雾化破碎等过程。结果还表明,不同液滴直径、入射激波马赫数和液滴介质等参数下的液滴变形破碎的发展趋势是一致的,而其发展速度明显则不同。其中Weber数的增加加速了液滴的破碎,而Ohnesorge数和黏性的增加则抑制了液滴的破碎。     

在轴向气流作用下液体轴对称抛撒二次破碎的实验研究

液体轴对称抛撒的实验研究是以云雾爆轰武器的研制为背景的。为了研究轴向气流作用下液体轴对称抛撒二次破碎所形成的雾化场特性,本文利用两台激波管并对之加以改造,成功地在实验室实现了轴向气流作用下液体的轴对称抛撒。为了研究其雾化场的远场特性,本文利用激光粒子测量仪获得了在不同实验工况和不同位置下的雾化场SMD分布曲线。实验数据表明,由于轴向气流速度的增加,液体破碎的Weber数得到了提高,导致二次破碎初期雾化场的SMD随之减小;随着抛撒驱动压力的提高,二次破碎初期雾化场的SMD也随之减小;在同一工况下,雾化场SMD随着测量位置与喷口距离的增加而变大。     

微喷混合中的颗粒破碎效应

采用TAB模型,基于气-粒两相流程序对液态金属铅颗粒在氦气中的破碎过程进行了分析,获得了破碎特征时间、破碎后颗粒尺度等关键力学量;并对充气微喷射实验进行了数值模拟,考虑颗粒破碎效应后的模拟结果与实验结果较好符合。结果证实了充气条件下液态金属颗粒的再次破碎现象,可加深认识微喷混合的物理规律。

     

运动状态下液体轴对称抛撒首次破碎的实验研究

在实验室条件下利用组合式激波管设备,对运动状态下液体轴对称抛撒进行了实验研究。通过纹影装置获得其所形成雾化场的外形轮廓照片,测量获得了液核发生首次破碎的位置与对称轴之间的距离。通过对抛撒过程中R-T不稳定性与K-H不稳定性的分析认为,轴向气流作用下液体轴对称抛撒的首次破碎点与对称轴的距离主要由轴向气流的速度、轴向气流的密度、液体轴对称抛撒的出口速度、抛撒液体的表面张力系数、环形喷口的宽度等参数所决定。在此基础上,利用相似性理论和无量纲分析,获得了运动状态下液体轴对称抛撒首次破碎点与对称轴之间的距离与相关参数的无量纲关系式。     

Numerical study on dynamic characteristics of double droplets impacting a super-hydrophobic tube with different impact velocities

ABSTRACT

The coupled level set and volume of fluid method is applied to the numerical study on the successive impact of double droplets on a super-hydrophobic tube. The impact velocity varies from 0.25 to 2?m/s. These impact processes present spread, retract, rebound, breakup and splash. The out-of-phase impact takes place with the impact velocity from 0.25 to 1.25?m/s, while the in-phase impact takes place with the impact velocity from 1.44 to 2?m/s. With the impact velocity larger than 1.25?m/s, the liquid crown presents and deforms after the trailing droplet impact, then it would gather at the film edge, rebound or break up. When impact velocities range from 1.44 to 1.5?m/s, the finger liquid film presents before the liquid crown appearing. The finger head breaks with the impact velocity of 1.5?m/s during the leading droplet spreading. The zigzag liquid film becomes more obvious for larger velocities.     

Breakup and atomization characteristics of mono-dispersed diesel droplets in a cross-flow air stream

This paper describes the microscopic and macroscopic breakup characteristics, as well as the velocity and size distributions, of mono-dispersed droplets in relation to the breakup regimes. For this experiment, a droplet generator equipped with a piezo stack produced mono-dispersed droplets. The droplet-breakup phenomenon due to the cross-flow was captured in microscopic and macroscopic views by using the following: a spark lamp, a Nd:YAG laser, a long distance microscope and a CCD camera as a function of the Weber number. Along with the analysis of the images, the droplet size and velocity distributions were measured in the near nozzle region by a phase Doppler particle analyzer system at bag, stretching and thinning, and catastrophic breakup regimes. The results of this study showed the size and velocity distributions of disintegrated droplets at the bag, stretching and thinning, and catastrophic breakup regimes. In the bag breakup regime, the droplets separated into small and large droplets during breakup. Alternatively, the droplets disintegrated at a shorter duration and formed a cloud, similar to a fuel spray injected through an injector, in the stretching and thinning and catastrophic breakup regimes.     

高速旋转平板叶片撞击同心圆筒壳体试验的研究

利用冲击动力学基本理论 ,采用能量法对结构的塑性动力响应进行了研究 ,得出了一个撞击试验的物理模型。利用该模型定量地计算了被撞击壳体的侵彻深度。