激光手术喷雾冷却中单液滴蒸发理论模型的比较

制冷剂喷雾可对激光治疗葡萄酒色斑过程进行有效冷却以保护表皮不受热损伤,其瞬态喷雾冷却过程涉及复杂的液滴蒸发、强烈的对流换热和质量传递.本文对描述制冷剂喷雾平衡蒸发阶段单个液滴蒸发的理论模型进行改进,比较了基于各种假设的七个气相传质模型对R-134a喷雾冷却过程中单个液滴蒸发特性的影响,发现考虑过热影响的气相模型所预测的蒸发过程最接近实验结果,用该模型研究了液滴初始直径和速度等参数对液滴蒸发特性的影响.     

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.     

适用于内燃机喷雾的新液滴碰撞模型

本文将直接模拟蒙特卡洛(DSMC)方法中的时间计数器(Time Counter,TC)法按照喷雾领域对液滴碰撞模型的要求,对粒子碰撞频率、碰撞域的划分以及碰撞对的选取等方面进行改进。通过模拟结果与实验值的对比,表明相对O'Rourke模型与Nordin模型,TC模型对喷雾宏观形态的预测以及对场内液体体积分数(液滴的空间分布)的计算更加准确;对下游索特平均直径的预测与实验值亦更加贴近。     

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…     

基于气相扩散模型的液滴蒸发动力学特性

基于润滑理论和气相扩散与液滴蒸发之间的相互耦合作用,建立液滴在均匀壁温固体基底上蒸发的数学模型,推导出基于气相扩散模型的液滴厚度演化方程;结合液滴接触线动力学求解准静态气相场,通过数值计算分析气相作用下马兰戈尼数（Ma）和佩克莱数（Pe_k）对液滴蒸发进程的影响。结果表明：与单边模型相比,采用气相扩散模型时的液滴蒸发进程更慢、接触半径更小、蒸发速率更低,其结果与实验结果更符合;在气相扩散模型下,减小Ma可增大液滴蒸发速率,促进液滴蒸发;增大Pe_k,液滴附近的气体密度增大,液滴蒸发速率加快。     

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。     

溶液液滴在热等离子体射流中的运动和蒸发

为考察溶液注入热等离子体喷涂过程中喷雾参数对涂层质量的影响,本文建立了溶液液滴在热等离子体中运动蒸发的数学模型。模拟了液滴在不同参数下的运动和蒸发的过程,考虑了液滴、热等离子气流及液滴表面气体混合物随温度及组分的物性变化以及斯蒂芬流的影响,得到液滴的运动轨迹,蒸发速率以及半径和表面温度的变化。结果表明在一定范围内增大液...     

燃油液滴蒸发的一维导热模型与压力效应

考虑液滴内一维瞬态导热以及液滴,气流热物性随温度与组分的变化,建立了对流热环境中燃油液滴的蒸发计算模型.以柴油液滴为例,通过数值模拟,分析了蒸发过程中液滴内部的瞬态热响应,考察了不同条件下的环境压力效应.结果表明,对流蒸发过程中,燃油液滴内部温度梯度很大,导热作用明显;在温度不同的气流环境中,环境压力效应存在非单调性;压力效应发生转捩的气流温度与液滴初始粒径和气流速度相关.     

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。     

纳米燃油悬浮液滴蒸发特性的研究

以正十四烷(C14)为基液燃油,十六烷基三甲基溴化铵(Cetyltrimethyl Ammonium Bromide, CTAB)为表面活性剂,采用两步法配制CNT(Carbon Nanotubes)和Ce02纳米燃油,搭建悬浮液滴蒸发装置,研究纳米粒子质量分数、粒径及种类对燃油蒸发速率的影响.结果表明,纳米燃油液滴蒸...     

旋流喷雾燃烧的直接数值模拟

对三维旋流喷雾燃烧进行了初步的直接数值模拟,其中液滴蒸发采用无限热传导蒸发模型描述,气相燃烧采用自适应单步反应机理,液滴的跟踪在拉格朗日框架中进行。模拟结果表明,喷雾燃烧的火焰结构十分复杂,仅采用传统的非预混燃烧模型是不够的。在蒸发和燃烧共存并存在强烈相互作用的区域,组分与混合物份额之间存在着复杂的关联,这给发展精确的湍流喷雾燃烧模型带来了挑战。     

单元推进剂液滴在高温高压下的微爆现象观测

利用挂滴装置和高速摄影系统研究了单元推进剂LP1846液滴在0.2～4.0 MPa、673～973 K工况下的微爆特性。观察到液滴在不同环境压力和温度下的3种微爆模式,即液滴在着火前的轻度破碎、液滴在燃烧时的部分破碎和全部爆碎,并给出了微爆过程的特征照片,定量测试了液滴微爆延迟期、微爆温度和微爆直径与环境压力、温度的关系。初步分析了液滴微爆机理,认为第一种微爆机理主要是水组分的过热,第二、三种微爆机理是液相化学反应。研究结果对控制LP1846燃烧稳定性和指导液体发射药火炮内弹道设计均有参考价值。     

溶液液滴蒸发变干的环状沉积

液体蒸发驱动的颗粒自组装现象在许多的工业技术中有重要应用. 本文利用显微镜观测含有颗粒物质的液滴变干后留在固体表面的颗粒形成的环状沉积图案. 采用微米粒径的SiO₂小球水溶液液滴蒸发变干模拟咖啡环的形成过程, 结果发现液滴蒸发过程中接触线的钉扎是环状沉积的必要条件. 在液滴蒸发过程中颗粒随着补偿流不断的向液滴边缘移动, 聚集在接触线处形成环. 液滴蒸发变干后残留在液滴内部的颗粒数随颗粒质量分数的增加而增加, 可以达到单层的颗粒排列. 而玻璃衬底上的颗粒环在颗粒质量分数很小时, 形成单层排列, 且一排一排地生长. 蒸发过程中颗粒环由于液滴边缘的尺寸限制向液滴中心缓慢移动. 这会导致液滴中不同大小颗粒的分离.关键词：液滴接触线蒸发颗粒     

小温差喷雾碰壁蒸发的实验研究

本文对小温差下垂直平面的喷雾碰壁蒸发传热特性进行了实验研究,研究了喷嘴在不同的流量和喷距下热流密度、壁温和换热系数之间的关系.实验中,测量范围还扩展到无沸腾区域.实验发现,在常压下,水雾在加热表面开始沸腾的过热度约为10℃,这时的沸腾换热系数将急剧增大,壁温上升的斜率显著下降.本文的研究结果对新型蒸发器的开发有指导作用.     

基于OpenFOAM的异戊烷闪蒸喷雾动力学特性研究

石油、化工等过程工业中,由于压力容器或者管道破裂而容易引发高压危险化学品泄漏形成闪蒸喷雾.掌握这类闪蒸喷雾动力学特性对事故危害的风险评估具有重要意义.本文通过开源库OpenFOAM及网格局部加密技术对异戊烷闪蒸喷雾进行了数值仿真研究.不同喷雾初始压力和过热温度下模拟喷雾形态结果、以及液滴粒径与速度分布,均与高速摄像机拍...     

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.     

On the behaviour of organic gel multi-size spray diffusion flames

The recently reported, experimentally observed, unusual behaviour of organic gellant-based fuel droplets which, under appropriate ambient thermal conditions, evaporate and burn in an oscillatory fashion is incorporated in a phenomenological manner in a model of a two-dimensional arbitrary multi-size spray diffusion flame. Non-unity Lewis numbers are permitted for the fuel vapour and oxidant. A combined analytical/numerical solution of the governing equations is presented and used to investigate how a spray's initial polydispersity and the frequency of oscillatory evaporation influence the combustion field. It is demonstrated that the initial droplet size distribution and the frequency of evaporation of the burning gel droplets can have an acute impact both on the homogeneous diffusion flame shape, height and width and on the thermal field downstream of the flame front. Hot spots of individual (or clusters of) burning droplets can be created and under certain operating conditions can lead to hotter temperatures than experienced in the main homogeneous flame. The intensity of these hotspots, their number and location are sensitive to spray related parameters. In realistic combustion chambers there is a danger inherent in the existence of hotspots in undesirable regions as they can damage the structural integrity. Other computed results demonstrate that, in relation to the spray diffusion flames obtained using an equivalent purely liquid fuel spray, the use of a gel fuel spray can lead, under certain operating conditions, to a reduction in flame height and temperature. The latter effect is critical when considering flame extinction.