水平和竖直细圆管内流动凝结换热特性的对比研究

本文采用基于相平衡理论的最小能量原理,根据当地气液两相流动条件确定气液界面形状,以此为基础,从理论上探讨水平细圆管内流动凝结的特点。通过与竖直条件下管内凝结换热特性的对比,分析重力、气液界面剪切力、表面张力对流动凝结的影响。研究发现,细圆管由竖直变为水平放置时,管径的减小同样导致重力的影响削弱,并且凝结换热得到进一步强化;但由于流型的变化,随管径的减小强化的程度减弱。     

微观结构尺度对液滴润湿状态的影响

在分析表面微观特征对液滴润湿状态的影响时,尺度效应是无法绕过的前提条件和分析基础。本文以矩形微结构表面液滴为研究对象,通过数值模拟,得到了给定微结构表面液滴在不同液滴半径与矩形微结构宽度比例下的润湿状态。此外,本文还模拟得到了液滴完全浸润矩形微结构的临界接触角及其相对于微结构尺寸的变化规律。结果表明,液滴半径与微结构宽度比越小,液滴下气液界面开始浸润微结构时的临界接触角越大,无重力条件下表面液滴下气液界面的稳定性越差。若重力不可忽略,则液滴半径与微结构宽度比越大,重力的影响越大,表面液滴下气液界面的稳定性越差。     

水平微圆管内环状流气液界面不稳定性分析

本文以水平微圆管内气液两相环状流气液界面为研究对象,通过分析重力、表面张力和界面剪切力对环状流液膜厚度的影响,重点考虑Rayleigh不稳定性对气液界面的依存关系,得到了不同管径和气核直径变化时不稳定性的变化规律,并分析拟合了最危险波长和气核直径的关联式,为后续建立高热流密度条件下微通道内强化传热理论模型奠定基础.     

不同重力条件下气/液两相流实验研究

利用俄罗斯“和平号”空间站进行了国际上首次长时间微重力（１０－５ｇ）条件下气／液两相流型实验,并利用实验装置旋转产生的低重力（０．１ｇ和 ０．０１４ｇ）条件进行了低重力对比实验．实验结果和现有模型进行了比较,并通过比较不同重力条件下气／两相流型的特征,得到了两个气／液两相流型非重力依赖性准则。     

液-液两相液层间传质过程的Rayleigh-Bénard-Marangoni对流特性

传质引发的Rayleigh-Bénard-Marangoni对流(RBM对流)对化工传递过程有着显著影响.但是,已有的相关研究多集中于气-液体系,并且有限的针对液-液体系的相关研究尚缺乏对RBM对流演化及其引发的界面扰动行为的深入分析.因此,本文基于阴影法设计搭建了竖直狭缝内液-液两相液层间传质过程的RBM对流特性可视化实验平台,并实验观测了水-甲苯-丙酮三元体系中丙酮组分扩散传质时出现的RBM对流结构以及其向下层水相主体的发展演变过程,探讨了水相丙酮初始浓度、甲苯相丙酮初始浓度以及甲苯层厚度对RBM对流特性和液-液界面形貌的影响.研究表明:在Rayleigh-Taylor不稳定性作用下,水相上层密度(重力)分层"界面"下凸沉降形成波浪形丘状"界面",并随着"界面"处密度与压力失调的加剧而演变成羽状流;因羽流区"界面"不同浓度梯度引起的传质特性差异,羽状流又可以演变成弱羽状流和强羽状流两种形态;当丙酮浓度梯度增大到一定程度后,近界面处短时间内产生大量RBM对流结构,且结构间相互影响增强而聚并成对流团,并随着传质过程的进行,逐渐演变成独立的强羽状流; RBM对流强度与上下液层丙酮浓度梯度大小呈正相关关系,且液-液界面粗糙度及其非稳态波动随着丙酮浓度梯度的增加而增大.     

沸腾核化的稳定性分析

本文对圆柱形核化凹腔的活化稳定性作了改进分析,考虑了凹腔壁上薄液膜对汽-液界面移动的附加强化作用,得到了凹腔内汽-液界面运动方程的分析解;建立了凹腔活化稳定性判据;讨论了界面移动的特征,比较表明,本文解的准确性比已有的分析解有所改进。     

从静液压强的形成解读阿基米德原理和帕斯卡定律

液体(包括气体)发生挤压而产生压强,重力是使之发生挤压的一种因素,但不唯一,表面力也是一种因素.压强差公式p2-p1=ρgh全面体现了压强形成的这两种因素,对静液普遍适用.表面外力使液体压强"分布均匀,处处大小相等,且与外力作用在表面上的压强大小相等".这正是帕斯卡定律的实质所在.重力作用使液体压强竖直分布不均,这正是浮力存在和阿基米德原理成立的根源所在.     

重力及微重力条件下Pd_(40)Ni_(40)P_(20)合金凝固组织中溶质原子的分布特征

研究了Ｐｄ４０Ｎｉ４０Ｐ２０合金在重力（１ｇ）及微重力（μｇ）条件下凝固组织中溶质原子的分布．与重力条件相比，微重力条件下凝固的样品组织中，初生相的Ｐ含量较低，而Ｐｄ的含量较高；共晶区域内的平均Ｐ含量较高而平均Ｐｄ含量较低．深入分析初生树枝晶一次枝晶间距Ｌ与冷却率υ以及固液界面前沿液相中溶质综合输运系数Ｄ的相互关系，发现地面条件下的固液界面前沿液相中溶质综合输运系数Ｄ１ｇ比空间的Ｄμｇ大１７倍．这是造成显微组织中溶质分布差异的主要原因     

部分重力条件下气液两相流型研究

本文分析了“和平号”空间站气液两相流实验中获得的部分重力(0.1g和0.014g)条件下的流型特征及其相互转换条件,并将其和常重力与微重力两相流研究中较常用的流型转换模型的预测结果进行了比较。     

流速对混合蒸汽Marangoni凝结换热影响的实验研究

本文在蒸汽压力为47.36 kPa的条件下,通过实验研究了不同蒸汽流速(u=2、4、5 m/s)下纯水和不同酒精浓度水-酒精混合蒸汽沿重力方向流过竖直紫铜平板表面上的凝结换热特性,并实现了实验的可视化,同时分析了不同蒸汽流速下造成Marangoni凝结换热特性差异的原因.实验及分析结果表明,在相同蒸汽浓度、蒸汽压力和表面过冷度条件下,高流速下的凝结换热系数比低流速的大.且蒸汽流速对凝结换热的影响因混合蒸汽酒精浓度的不同而不同,低浓度0.5%和高浓度50%时流速的增加对凝结换热特性的影响较小,而在中间浓度2%时凝结换热强度随流速的增加明显.     

疏水表面蒸发液滴下气液界面形态演化研究

研究蒸发液滴下气液界面的形态演化可为换热表面性能改进提供指导。本文以单个微槽及槽内液滴下气液界面为研究对象,运用能量分析法确定了疏水微槽表面放置液滴下气液界面的初始形态,提出了蒸发液滴上下气液界面同步演变理论,并利用该理论对液滴下气液界面失稳的原因、条件及下气液界面曲率的变化规律进行了探讨。结果表明,放置在疏水微槽表面上的液滴,其初始下气液界面与槽壁形成的微观接触角会介于0和本征接触角之间,在形态上呈现为曲率圆。当蒸发液滴下气液界面与槽壁形成的微观接触角大于一定数值后,会引发液滴下气液界面失稳,失稳后的液滴下气液界面形态受槽壁与水平面夹角的影响较大。     

重力及微重力条件下Pd40Ni40P20合金凝固组织中溶质原子的分布特征

研究了Pd₄₀Ni₄₀P₂₀合金在重力（1g）及微重力（μg）条件下凝固组织中溶质原子的分布．与重力条件相比，微重力条件下凝固的样品组织中，初生相的P含量较低，而Pｄ的含量较高；共晶区域内的平均P含量较高而平均Pｄ含量较低．深入分析初生树枝晶一次枝晶间距Ｌ与冷却率υ以及固液界面前沿液相中溶质综合输运系数D的相互关系，发现地面条件下的固液界面前沿液相中溶质综合输运系数D_1g比空间的D_μg大1.7倍． 关键词：     

汽液界面厚度和分维数

本文应用分子动力学模拟方法进行了汽液界面厚度和分维数的模拟研究。用统计系综方法,以氩原子为对象,对长方形模拟盒中粒子数目为2048个的汽液平衡共存系统进行模拟计算。研究了一定条件下汽液界面厚度的取定对确定界面分维数的影响,根据计算模拟结果,提出了可用15~85法则确定界面厚度和分维数。汽液界面在X方向、Y方向和Z方向具有不同的分维数,充分说明了汽液界面的各性异性性质。     

平衡接触角对受热液滴在水平壁面上铺展特性的影响

壁面温度是影响壁面润湿性的重要外部条件. 为解决液滴铺展中三相接触线处应力集中问题, 已有研究多采用预置液膜假设, 但无法探究壁面温度对润湿性的影响. 本文针对受热液滴在固体壁面上的铺展过程, 基于润滑理论建立了演化模型, 通过数值模拟, 从平衡接触角角度分析了温度影响壁面润湿性及铺展过程的内部机理. 研究表明: 随温度梯度增大, 液滴所受Marangoni效应增强, 致使液滴向低温区的铺展速率加快; 铺展过程中, 位于高温区的接触线与液滴主体部分间形成一层薄液膜, 重力与热毛细力先后主导该区域的铺展; 当液-固或气-液界面张力对温度的敏感度高于另两个界面时, 低温区方向的平衡接触角不断增大, 使壁面润湿性恶化, 导致液滴铺展减慢; 而当气-固界面张力对温度的敏感度高于其他两个界面时, 低温区方向上的平衡接触角将减小, 由此改善壁面润湿性, 加快液滴铺展; 在温度影响壁面润湿性和液滴铺展过程中, 平衡接触角起关键作用.     

微液滴在不同能量表面上润湿状态的分子动力学模拟

微小液滴在不同能量表面上的润湿状态对于准确预测非均相核化速率和揭示界面效应影响液滴增长微观机理具有重要意义. 通过分子动力学模拟, 研究了纳米级液滴在不同能量表面上的铺展过程和润湿形态. 结果表明, 固液界面自由能随固液作用强度增加而增加, 并呈现不同液滴铺展速率和润湿特性. 固液作用强度小于1.6的低能表面呈现疏水特征, 继续增强固液作用强度时表面变为亲水, 而固液作用强度大于3.5的高能表面上液体呈完全润湿特征. 受微尺度条件下非连续、非对称作用力影响, 微液滴气液界面存在明显波动, 呈现与宏观液滴不同的界面特征. 统计意义下, 微小液滴在不同能量表面上铺展后仍可以形成特定接触角, 该接触角随固液作用强度增加而线性减小, 模拟结果与经典润湿理论计算获得的结果呈现相似变化趋势. 模拟结果从分子尺度为核化理论中的毛细假设提供了理论支持, 揭示了液滴气液界面和接触角的波动现象, 为核化速率理论预测结果和实验测定结果之间的差异提供了定性解释.     

蒸发两层流系统的对流不稳定性分析

关于蒸发液层的Rayleigh-Marangoni-Benard不稳定性的研究中,早期文献中普遍采用的是单层流模型。近年来,一些学者采用两层流模型对蒸发稳定性进行了理论分析,有的文献中没有考虑蒸发率与饱和蒸汽压的耦合关系,所以得到的结果不能完全反应蒸发对系统稳定性的影响。本文建立了一种新的两层流模型,考虑了界面变形对系统稳定性的影响。采用线性稳定性方法对带有蒸发界面的两层流的Rayleigh-Marangoni-Benard对流不稳定性进行了分析,得到了临界 Marangoni数与波数的关系,重点讨论了蒸发系数以及重力对汽液两层流系统的不稳定性的影响。     

表面活性剂浓度对球形气泡界面和尾流的影响

发展了一种研究气泡界面污染程度的数值模型,并用其对流场中不同表面活性剂浓度下、上浮气泡的界面参量和周围流场进行了模拟研究。该模型假设吸附于气泡界面的表面活性剂分布在毗邻气液界面的薄吸附层中,且气泡界面上表面活性剂的吸附与解吸过程也发生于此;界面切应力为界面浓度的函数。研究发现:气泡界面的流动性会因表面活性剂的吸附而降低,该现象会增大气泡周围流域中切向速度在界面法向上的变化量,从而对界面性质和周围流场产生影响;由于对流的作用和吸附-解吸动态平衡的存在,气泡前部界面不完全干净,且受污染界面的流动性也不完全为零。     

矩形毛细微槽横截面上气液分界面形状理论分析

对背面有热流输入的矩形毛细微槽群横截面上的气液分界面形状进行了理论分析,在一定条件下对Wayner蒸发模型进行简化,根据等壁温条件推出蒸发薄液膜区域热流密度近似为定值,通过流体动力学理论推导出了微槽横截面薄液膜区域液膜厚度变化的关系式,并与Wayner蒸发模型的计算结果进行了比较。进一步提出了全新的交界线区域长度的判定方法,根据蒸发薄液膜区域总换热量计算得到蒸发薄液膜区域的长度,交界处接触角,以及固有弯月面区域的曲率半径,从而最终得出了微槽横截面整个气液分界面的形状曲线,理论分析表明:槽宽、热流密度、过热度等因素对蒸发薄液膜区域长度、接触角以及固有弯月面曲率半径等参数有较大的影响。     

临界热流密度后传热区二维计算模型

一、前言 反环状流和弥散流是临界热流密度后膜态沸腾传热区的二种主要形式。它们分别发生在低含汽率和高含汽率的条件下。反环状流由过冷的液芯和高温壁面处的过热汽膜所组成。主要换热是壁面与蒸汽、蒸汽与液芯表面的换热和壁面与液芯的热辐射。蒸发发生在液芯表面。可视化试验表明,界面有较大的波动,交界面的换热系数很难确定。气膜膜厚变化有两个阶段,初始阶段液芯表面温度尚未达到饱和,无蒸发,因此膜厚不变。经     

液滴撞击超亲水表面冷液膜的研究

液滴撞击过程因具有较强的传热传质性能被广泛应用于工业领域中。本文利用高速摄影机和红外热像仪,研究了液滴撞击超亲水表面冷液膜的水力学特性和温度分布,探讨了撞击We数和液膜温度对撞击过程中水力学特性以及液膜温度分布的影响.总结了液滴在超亲水表面的液膜上的水力学特征的变化规律。实验结果表明,液滴铺展速度和最大铺展直径随撞击We数的增大而增大。同时,液膜温度会影响液滴撞击薄液膜后的水力学特性.在低We数下液滴撞击低温薄液膜后液膜的温度呈高低相间的环状分布,随着撞击We的增大,该环状温度分布消失。这对要求精确喷雾控温的工业过程起到了十分重要的意义.