过冷沸腾非均相汽泡界面特性分析

本文针对过冷沸腾中汽泡顶部射流现象进行分析与模拟。建立汽泡界面模型,考虑蒸发凝结以及Marangoni效应。利用CFD软件Fluent6.0对模型进行计算分析,成功模拟得到泡顶射流流场。模拟结果无论是流场结构,还是流场强度,都与实验一致吻合,充分证明泡顶射流由Marangoni效应引起。     

液态金属软表面池沸腾传热的实验研究

池沸腾是一种高效的传热方式,目前主要通过刚性固体表面改性强化沸腾传热.本文以乙醇为工质,实验研究了光滑铜表面和液态金属软表面池沸腾传热.发现液态金属软表面可有效降低沸腾起始点(ONB)壁面过热度,饱和沸腾时, ONB壁面过热度从光滑铜表面的约18℃降低到软表面的约6℃,沸腾传热系数最大提高了149%.与光滑铜表面相比,液态金属软表面增加了汽泡核化穴数量,减小了汽泡尺寸,提高了汽泡脱离频率.观察到软表面弹性毛细波和汽泡射流现象.弹性毛细波增强了壁面热边界层热质传递.发现汽泡脱离过程中,汽泡尾部在液态金属薄层内形成残余核化穴,残余核化穴快速长大,与上升的大汽泡聚合,形成汽泡射流现象.弹性毛细波及汽泡射流解释了液态金属软表面强化池沸腾传热的机理.     

浓度边界层中成长汽泡的界面特性

对于双组分池内核态沸腾，热边界层中生成的汽泡，同时也处于浓度边界层中．本文建立了边界展中汽泡表面张力模型，对温度和浓度引起的表面张力变化进行分析．结果表明，表面张力从汽泡顶部到底部是递增的，从而形成液体沿界面自上而下的Marangoni流．通过汽泡底部微层相界面方程的求解，探讨了微层变形特征，由此分析汽泡脱离机理．微层变形与文献[1]中指出的接触线的变化从本质上是一致的．     

过冷沸腾中的局域气泡和射流的动态行为

本文以10 mm直径加热钢管为研究对象,通过大量可视化的实验研究,对核态过冷沸腾中的气泡动力学行为以及射流现象进行了描述和分析。在实验中我们观察到泡顶射流和核态射流的竞争,双射流,“液洞”现象等一些特殊的沸腾现象。射流的泵吸作用、汽泡表面相变换热、Marangoni效应等是导致射流和气泡结构演化的根本原因。     

微纳复合结构表面汽泡动力学行为可视化研究

本文利用高速摄像运动分析技术对竖直放置的微纳复合结构表面热沉中的汽泡动力学行为进行了可视化实验研究。本文对微纳复合结构热沉表面的汽泡生长过程进行了描述;得到了纳米涂层的厚度变化对汽泡生长当量直径和生命周期的影响的实验结果。实验结果表明:随着微纳复合结构表面的纳米层厚度增加,汽泡生命周期缩短,汽泡的三个生长阶段之间的界限逐渐不明显,汽泡破裂时的汽泡当量直径减小。     

核态沸腾中汽泡动力学及传热机理分析

汽泡的传热及生长特性研究对于揭示核态沸腾的机理具有重要作用。本文介绍了利用高速摄像技术对核态沸腾中汽泡生长及运动现象进行实验观测,并用高速数据采集系统记录汽泡一个生长周期不同阶段的热流密度的方法。在不同的过冷度及壁面温度条件下,观测了汽泡的生长、周期性滑移、颈化和脱离现象。计算并绘制出不同条件下一个汽泡生长周期内的热流密度曲线,与汽泡图片相对应,分析并讨论了造成这些现象的机理。     

微通道内种子汽泡抑制沸腾不稳定性研究

两相流动不稳定性是在各种水力学直径通道内所遇到的复杂现象,这些不稳定性对热能系统可能造成有害影响。本文以丙酮为工质,在微通道入口处设置微汽泡发生器,采用脉冲电压激励产生可控微汽泡,以微汽泡为种子尝试对通道内沸腾不稳定性的控制。实验研究表明,低频种子汽泡热控能够减轻各参数的脉动幅度;高频种子汽泡热控能彻底抑制沸腾不稳定性。本研究结果为解决微通道内沸腾不稳定性提供了一种崭新有效的手段。     

饱和液氮爆发沸腾实验与传热机理分析

瞬态高热流加热下饱和液氮会发生爆发沸腾,而对于该过程的特殊传热机理因素,目前还没有相关的深入研究和分析。本文基于实验,在总结沸腾传热机理研究成果的基础上,重点分析了饱和液氮爆发沸腾过程中以汽泡群形态实现热量传递的特殊之处,并进行了理论模拟验证。结果表明,汽泡群内部众多汽泡所发生的破裂收缩行为,会释放潜热并形成热流,成为爆发沸腾独特的传热机理影响因素。     

管内低温垂直向上两相流弹状汽泡上升速度的实验研究

本文对垂直低温两相流弹状汽泡的上升速度运用高速摄像机进行了可视化实验研究,对所采集的实时图像进行处理.在Moissis等和Takatoshi弹状汽泡上升速度经验公式的基础上,通过对弹状汽泡的上升速度的分析,提出了圆管内弹状汽泡的上升速度的拟合公式,分析研究其变化规律,为进一步探求圆管内液氮弹状汽泡的生成机理提供依据.     

池式沸腾人工孔上汽泡脱离直径的研究

汽泡脱离直径是研究核状沸腾机理和估算沸腾给热系数的重要参数之一,其研究对深入探讨沸腾现象及沸腾强化具有一定意义.核状沸腾的汽泡脱离直径,前人已进行一些研究工作,提出了几种物理模型和计算方法,但都有一定的局限性.本文探讨池式沸腾中较大孔径的人工孔上的汽泡脱离直径及随孔径、壁面过热度和介质物性的变化规律。     

过冷沸腾丝上气泡运动的动态模拟

本文以核态池沸腾100μm铂丝上单个气泡的动力学行为为研究现象进行数值模拟,采用能量方程求解丝上以运动气泡为中心的局部区域内的温度分布,同时引入了在核态池沸腾丝上运动气泡粘性力经验公式,以此来考虑Marangoni驱动力和粘件力相等时的运动气泡稳态速度,最后分析了气泡在运动过程中吸收热量的特性.为理论求解丝上核态沸腾运动气泡的稳态速度和吸热特性积累一些理论根据.     

微重力下凝结和沸腾着的汽泡周围流场

1引言尽管对沸腾换热已有大量的研究，但对沸腾过程中驱动汽泡外流动的机理仍没有透彻理解，通常认为，汽泡外流动是由液体自然对流引起的。但是，近来的微重力实验表明［‘］；在没有自然对流的微重力场中，沸腾换热同样很剧烈。为了弄清正常重力和微重力环境中驱动换热的机理，很有必要作进一步的研究。本文数值分析了微重力环境下驱动壁面汽泡周围液体流动的基本机理，深入分析了Marangoni效应的影响，同时考虑表面凝结和蒸发过程的作用。2理论模型汽泡外流动可由二维层流N－S方程及烙方程来描述，流动是由Marangoni边界条件驱动，该条…     

微重力池沸腾现象中的汽泡脱落直径

本文报道了空间微重力池沸腾过程中的汽泡脱落现象,观测到微重力条件下小汽泡行为与常重力时相似,但在中等尺寸范围内,汽泡往往粘附在加热丝上做横向振动,并不断合并所碰到的小汽泡,直到超过临界尺寸后脱落.本文在Lee模型(1992)的基础上引入热毛细作用力,成功地解释了实验观测到的独特的汽泡动力学行为特征.     

On the different manifestations of particle accumulation structures (PAS) in thermocapillary flows

Particle de-mixing in flows in liquid-bridges driven by the Marangoni effect is investigated using primarily analytical models of the flow. The mechanism of particle–free-surface collisions is shown to explain the formation of experimentally observed particle depletion zones. This mechanism causes a mapping (or transfer) of particles moving on certain streamlines to other streamlines resulting in creation of a distinct depletion zone. Moreover, we demonstrate line-like particle accumulation along a chaotic streamline corresponding to SL2-PAS which is closed by a trajectory segment which is created by particle–free-surface interaction. The resulting limit cycle is stable due to the combined properties of the bulk transport and gathering at the free surface.     

平板马兰各尼流动中数的影响

本文提出了边界层充分发展情况下平板马兰各尼流动动量方程和能量方程的相似解,分析了流动与传热随Pr数的变化特征;由于在核沸腾中蒸汽气泡的一般直径大于估算边界层厚度,因而可以忽略表面张力影响,将这一结果用于气泡周界马兰各尼流动效应的初步分析.     

Visualization of low Reynolds boundary-driven cavity flows in thin liquid shells

Abstract  

Classic examples of low-Reynolds recirculating cavity flows are typically generated from lid-driven boundary motion at a solid–fluid interface, or alternatively may result from shear flow over cavity openings. Here, we are interested in an original family of boundary-driven cavity flows occurring, in contrast to classic setups, at fluid–fluid interfaces. Particle image velocimetry (PIV) is used to investigate the structure of internal convective flows observed in thin liquid shells. Under the specific configuration investigated, the soap bubble’s liquid shell is in fact in motion and exhibits sporadic local “bursts”. These bursts induce transient flow motion within the cavity of order Re ∼ O(1). The combination of PIV and proper orthogonal decomposition (POD) is used to extract dominant flow structures present within bubble cavities. Next, we show that thermally induced Marangoni flows in the liquid shell can lead to forced, (quasi) steady-state, internal recirculating flows. The present findings illustrate a novel example of low-Reynolds boundary-driven cavity flows.     

Influence of substrate conductivity on circulation reversal in evaporating drops

Nonuniform evaporation from sessile droplets induces radial convection within the drop, which produces the well-known "coffee-ring" effect. The evaporation also induces a gradient in temperature and consequently a gradient in surface tension, generating a Marangoni flow. Here we investigate theoretically and experimentally the thermal Marangoni flow and establish criteria to gauge its influence. An asymptotic analysis indicates that the direction of the flow depends on the relative thermal conductivities of the substrate and liquid, k_{R} identical withk_{S}/k_{L}, reversing direction at a critical contact angle over the range 1.45相似文献