荷电液滴雾化演变过程的可视化研究

基于显微高数数码摄像技术对毛细通道荷电液滴雾化模式的演变过程进行了可视化研究。以不同乳化状态的生物柴油、无水乙醇、去离子水为研究介质,采用带有显微变焦镜头的高速数码相机对荷电液滴雾化的显微形貌进行了微距拍摄,探讨介质电导率、黏度及表面张力等对荷电液滴雾化模式演变的影响规律。实验结果表明:随着电导率的增加,维持滴状模式的荷电电压区间逐渐变窄,脉动模式的电压区间逐渐扩大,而锥射流模式的电压区间逐渐缩短。对于低表面张力的绝缘性液体,黏度的降低可获得亚微米级或纳米级的稳定多股射流喷射羽。而对于低黏度的绝缘性液体,表面张力的增加会导致荷电雾化的雾滴平均粒径偏大且不均匀。     

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...     

盘管表面喷雾冷却传热传质特性实验研究

针对盘管表面喷雾冷却,通过实验方法研究迎面风速、喷嘴进水流量及辅助空气压力对系统传热传质的影响。研究表明,随着迎面风速的增加,系统的传热传质系数逐渐增大,当风速达到1.5 m/s时,部分液滴未能与盘管进行换热就被排出系统,使有效液滴数量降低,传质系数增长速度减慢;随着喷嘴进口水流量的增加,系统的传热传质系数增加,但流量过大会在盘管表明生成较厚液膜形成热阻,使传热传质能力下降;随着辅助空气压力的增大,系统传热传质系数增大,但进水流量一定时,压力过大会使得喷雾流量下降,传热传质增长速率下降。     

喷雾冷却相变传热的建模与模拟计算

喷雾冷却是一种高效的热控技术,为了探索形成完善的喷雾冷却技术设计流程,文章开展了喷雾冷却传热过程的建模研究.针对喷雾冷却传热过程的模拟计算,基于喷雾冷却相变传热的4个传热机制:液膜对流传热、池沸腾传热、二次气泡沸腾传热、二次气泡高频化机制,利用Monte Carlo方法描述了不同粒径与速率分布的液滴撞击液膜并生成二次气...     

高效微射流阵列冷却热沉传热特性

微射流阵列冷却热沉是利用射流冲击在驻点区能产生很薄的边界层来提高换热效率,本次研究设计的热沉是5层结构的模块式铜微射流阵列冷却热沉,以去离子水为工质对传热特性进行了实验研究.结果表明,采用微射流阵列冷却不仅能通过增加驻点数目来强化换热,而且能有效地降低换热表面的温差.热沉的热阻会随着泵功的增加而降低;随着泵功的不断提高,热阻变化趋于平缓.     

喷雾参数对溶液热等离子体喷涂的影响

本文应用溶液注入热等离子体喷徐传热和流动过程的三维数学模型.对溶液喷雾喷入参数对溶液喷雾在热等离子体射流中运动和加热历程的影响进行了研究.结果表明以一定的角度逆向喷入溶液可以强化溶液喷雾的加热蒸发过程,在一定范围内提高溶液初始喷入速度,可以使小粒径的液滴获得较大的动量进入射流高温区获得充分加热.结果还表明,为了得到致密...     

脱硫废水液滴与飞灰颗粒碰撞特性数值研究

在利用烟道余热喷雾蒸发脱硫废水时,烟道中的飞灰会与喷雾液滴发生碰撞,进而影响废水处理效率.本文利用大涡模拟(LES)和离散相模型(DPM),模拟脱硫废水喷入烟道的雾化过程及粒径分布,重点考察了烟道飞灰与喷雾液滴碰撞时烟道流场分布及液滴空间分布,分析了Stokes数和喷雾角对流场和空间分布的影响规律.研究结果表明,采用空气雾化喷嘴雾化333.33 L·h~(-1)的脱硫废水,喷雾液滴的粒径分布为20～250μm;无飞灰进入烟道时,Stokes小于1时喷雾液滴速度衰减极快,Stokes大于1时喷雾液滴速度衰减最慢,且喷雾角较大时衰减更快;含飞灰进入烟道时,由于动量交换,喷雾液滴速度衰减更快,且碰撞主要发生于速度衰减到35 m·s~(-1)后的位置.     

预混式双流体静电喷嘴喷雾特性及荷电性能

为实现高湿环境下脱硫塔内复杂烟气的高效除尘,设计了一种预混式双流体静电雾化喷嘴,并对其喷雾特性及荷电性能进行了试验研究。试验测量了喷雾粒径、锥角和荷质比等参数,通过量纲分析,得到了该喷嘴粒径分布与雷诺数Re的数学模型。试验结果表明:喷雾粒径随气液比(GLR)的增加呈指数减小,当气液比小于0.1时,喷雾粒径随气液比增加迅速减小,当气液比大于0.1时,喷雾粒径减小幅度趋于平缓;喷雾粒径随雷诺数的增加呈线性减小。喷雾锥角随着气液比增加呈先增大后减小的趋势,当气液比为0.1时喷雾锥角最大。气液比增加,喷雾荷质比增加,荷电效果逐渐增强。荷电电压的升高使得喷雾的单分散性提高,弥散空间逐渐增加。     

小液滴撞击壁面传热特性数值分析

小液滴撞击壁面现象在喷雾冷却等领域都有广泛应用.为研究小液滴(微米)撞击热壁面(非沸腾区)传热过程,建立了二维液滴撞壁瞬态模型,并采用相场方法对小液滴换热过程中对流热通量和导热热通量的大小进行了对比.研究结果表明:液滴撞击壁面初期形成“冷斑”,有利于小液滴与壁面的传热;小液滴撞击壁面过程中热通量峰值存在于三相接触点附近,数量级在105—106 W/m²;小液滴撞击壁面过程中受壁面浸润性和液滴尺寸对传导热通量的影响较为显著,而速度和液滴尺寸对对流热通量的影响较为显著;大多数情况下,小液滴撞击壁面传导热通量数量级在103—105 W/m²,对流热通量数量级在104—106 W/m²,对流热通量大于传导热通量,在整个换热过程中占据主导地位.     

喷雾冷却中微液滴碰撞薄液膜的流动与换热

在喷雾冷却过程中,液滴撞击对壁面薄液膜的流动与换热特性有重要影响。本文采用Volume-of-Fluid(VOF)方法,对单液滴与双液滴撞击恒温壁面上薄液膜的换热特性进行了数值模拟分析。结果表明,液滴冲撞作用会使壁面产生很大热流,液滴初始直径越大、速度越快,换热系数越大。对于多液滴,撞击产生的扰动可以彼此迭加,从而进一步增强换热。     

滴状冷凝传热的多尺度规划与最佳接触角

滴状冷凝传热过程具有典型的多尺度特征,一方面体现于壁面上液滴尺寸分布的空间多尺度特征以及液滴生长过程的时间多尺度分布,另一方面体现于冷凝壁面物理化学特性以及液固相互作用特性的描述和量度上的多尺度特征.本文基于包含界面效应影响的滴状冷凝传热模型,分析了液滴尺寸分布的多尺度特征及其对滴状冷凝传热性能的影响,并通过分析液滴尺...     

喷雾冷却中液滴冲击壁面的流动和换热

喷雾冷却中液滴冲击壁面的流动和换热强弱可用铺展系数和冷却效能的大小来反映.本文利用Volume-of-Fluid(VOF)方法,对初始直径在50～150 μm,初始速度在1.0～10.0 m/s之间的单个液滴冲击恒温发热表面的情况进行了数值模拟.模拟结果表明,增加液滴的初始速度和直径会扩大液滴的铺展范围,即铺展系数增大;液滴的初始直径越小、速度越大,则其冷却效能越大,即冷却能力越强.定量结果对喷雾系统的设计具有重要意义.     

电场强度对液滴撞击产生喷射行为的影响

对液滴在电场作用下的撞击及喷射行为的研究是静电喷雾冷却、原油脱水以及表面喷涂、微流控芯片等领域的重要研究内容。通过可视化实验观察了液滴在垂直电场下的撞击、喷射及反弹等运动行为。实验发现,液滴撞击具有超疏水性质的下极板表面上产生的喷射行为会随着场强的升高出现三种不同的模式,第一种模式,液滴撞击壁面后只会分裂一个或两个子液滴,分裂的子液滴体积较大,第二种模式,液滴撞击壁面后会分裂较多的子液滴,子液滴体积较小,第三种模式,液滴撞击壁面后,随着液滴的拉伸,液体截面积急剧缩小,液柱变得细长,最终会呈现出丝状的分裂,在三种模式中,电场力、液滴表面张力、液滴自身重力、库伦斥力和惯性力间的相互影响和耦合作用是出现三种模式的重要原因。     

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。     

静电喷雾粒子场和沉积特性的数值模拟

本文使用拉格朗日方法,研究了静电喷雾中荷电液滴流场和沉积特性,探讨了不同发射结构、加载电压对粒子速度、喷雾锥角、沉积形貌等参数的影响规律。通过分析不同结构下电场场强分布和粒子受力情况,分析了影响静电喷雾流场形状变化的主要作用机制。结果表明,采用双电极结构可以获得更小的喷雾锥角和更大的粒子平均速度;随着电极电势提高,粒子平均速度加快,喷雾锥角变小,相邻喷雾沉积图案会发生分离。     

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.     

小流量下喷雾冷却的理论及实验研究

以水为冷却介质,对半实心旋流式机械雾化喷嘴的雾化性能及"无沸腾"区换热性能进行实验研究。PDPA的测试结果表明,该喷嘴在喷雾区有一明显的液滴速度、液滴直径减小的回流区,且距喷口越近,回流越明显。对质量通量为11.67～29.06 kg/(m~2s)之间的换热性能研究发现,热流、换热系数均随着流量通量的增加而增强;壁面温度对"无沸腾"区换热亦有一定的影响,且壁面温度愈高,换热性能亦愈强。给出了反映壁面温度影响的无量纲参数ξ,并对Reynolds数为116.2～289.2的实验数据进行拟合得到反映"无沸腾"区换热特性的无量纲关系式。     

制备复合液滴的微尺度流动方法

微尺度流动能够一步到位地制备不同结构和功能、尺寸在微米量级的复合液滴.文章回顾了几种常见的基于复合液滴的微尺度流动方法,包括同轴电雾化、复合流动聚焦、微流控芯片、玻璃微毛细管等,并对各种技术的原理和进展进行了简要概括和分析.在这类流动中,不同种类的流体在一定的几何结构通道或外力场作用下平稳地拉伸成微细射流并最终破碎成复合液滴.在同轴电雾化和复合流动聚焦技术中,从毛细管流出的流体能够形成稳定的锥-射流结构,当外力作用改变时能够形成不同的流动模式.在微流控芯片和玻璃微毛细管技术中,流体被约束在固定管道内,不同管道构型下能够形成不同的流动形态.这些方法都采用纯物理机理,过程稳定、易于操作,制备的复合液滴粒径可控,单分散性好,微观结构可设计,在科学研究和工程实际中具有重要的应用价值.      

蒸汽滴状冷凝演变和液滴生长方式的研究

蒸汽的滴状冷凝进程中，液滴生长包括冷凝生长与合并生长。液滴生长作为影响滴状冷凝演变的关键行为，其研究有助于深入理解滴状冷凝演变机制和换热机理。本文基于滴状冷凝全过程的数值模拟，针对不同凝结核密度下的滴状冷凝演变和液滴生长方式开展研究。模拟中采用Cassie模型对液滴的冷凝生长进行描述，耦合邻近搜索算法和守恒定律对液滴的合并生长过程进行模拟。经实验结果和理论模型验证，本文模拟方法具有较高的可靠性。结果表明：最大液滴尺寸主要来源于合并生长，其增速是衡量滴状冷凝演变速度的表征；随着凝结核密度的升高，演变速度呈线性提高，换热能力先增后减；高合并频率的表面能有效提高合并生长对最大液滴尺寸的贡献比例。     

毛细微槽结构表面的喷雾冷却可视化研究

本文利用高速摄影仪对具有矩形毛细微槽群结构的加热表面进行喷雾冷却的传热特性进行了可视化实验研究.研究结果表明;喷雾冷却与毛细微槽结构相结合可实现高效率的相变换热过程;随着壁面温度的增加,槽表面经历了槽面完全被水浸没区、薄液膜区、部分干涸区和完全干涸区四个不同阶段;低温区主要是界面蒸发传热方式,高温区主要是沸腾换热方式.