悬浮Ar-CH4纳米液滴蒸发过程的分子动力学模拟

采用非平衡分子动力学模拟方法,研究了Ar-CH4二元混合物体系的悬浮纳米液滴的蒸发行为。模拟结果表明,当蒸发过程开始时,混合物纳米液滴的球形度迅速减小;之后,维持在一定的球形度数值上波动。在整个蒸发过程中,纳米液滴基本为球形;模拟温度越高、液滴初始直径越小,球形度越小;甲烷的摩尔分数对球形度的影响不大。在蒸发过程的初期,混合物纳米液滴的蒸发速率较大,且随模拟温度的升高而增大,随液滴初始直径和甲烷摩尔分数的增大而减小。随着蒸发时间的延长,蒸发速率先急剧减小;然后,再缓慢减小。气体空间内惰性组分的加入,并不影响混合物纳米液滴的蒸发速率。     

含有纳米颗粒的悬浮纳米液滴蒸发特性的分子动力学模拟

采用非平衡分子动力学模拟方法,研究单个含有固体金属纳米颗粒的悬浮纳米液滴的蒸发特性。模拟结果表明,含有金属纳米颗粒的悬浮球形纳米液滴,在蒸发过程中基本保持球形不变;模拟温度越高,金属纳米颗粒的质量分数越大,纳米流体液滴的球形度越小。当蒸发过程开始时,纳米流体液滴的蒸发速率很大,而且模拟温度越高,蒸发速率越大,随后,蒸发速率急剧下降;随着蒸发过程的进一步进行,蒸发速率缓慢下降。金属纳米颗粒的种类和质量分数,对悬浮纳米流体液滴的蒸发速率影响不大。     

Al_2O_3纳米流体液滴蒸发特性的数值模拟研究

纳米流体液滴蒸发现象在电子设备冷却、喷墨打印以及医学检测等领域都有广泛应用。为了研究水基Al_2O_3纳米流体液滴的蒸发特性,建立了纳米流体液滴蒸发的二维瞬态模型,考虑了纳米颗粒输运行为以及液滴内部流动的影响,并采用任意拉格朗日-欧拉法(ALE)捕捉气液运动界面。基于所建立的模型,分析了水基Al_2O_3纳米流体液滴内部Marangoni流、纳米颗粒初始浓度以及基板温度对纳米流体液滴蒸发特性的影响规律。结果表明,液滴内部Marangoni流会影响气液界面温度分布和蒸发速率。由于液滴内部纳米颗粒浓度分布和气液界面温度发生变化,纳米流体液滴的蒸发速率随着纳米颗粒初始浓度和基板温度升高而增加。     

Al2O3纳米流体液滴蒸发特性的数值模拟研究

纳米流体液滴蒸发现象在电子设备冷却、喷墨打印以及医学检测等领域都有广泛应用。为了研究水基Al₂O₃纳米流体液滴的蒸发特性,建立了纳米流体液滴蒸发的二维瞬态模型,考虑了纳米颗粒输运行为以及液滴内部流动的影响,并采用任意拉格朗日-欧拉法（ALE）捕捉气液运动界面。基于所建立的模型,分析了水基Al₂O₃纳米流体液滴内部Marangoni流、纳米颗粒初始浓度以及基板温度对纳米流体液滴蒸发特性的影响规律。结果表明,液滴内部Marangoni流会影响气液界面温度分布和蒸发速率。由于液滴内部纳米颗粒浓度分布和气液界面温度发生变化,纳米流体液滴的蒸发速率随着纳米颗粒初始浓度和基板温度升高而增加。     

纳米氩液膜蒸发行为的分子动力学模拟研究

采用非平衡分子动力学模拟技术,探讨模拟温度、能量系数、粗糙度因子、相面积分数等对纳米氩液膜蒸发行为的影响。模拟结果表明:纳米氩液膜在光滑壁面或纳米结构粗糙壁面上的蒸发,存在恒速蒸发和降速蒸发两个阶段;在各个蒸发阶段,蒸发通量相差不大;蒸发过程达到平衡后,纳米栏栅形粗糙壁面吸附的氩原子数最多,纳米方柱矩阵形的次之,光滑壁面的最少。对于光滑壁面上的纳米氩液膜蒸发,随着模拟温度的提高,恒速蒸发阶段的时间变短,蒸发通量迅速增大;在恒速蒸发阶段,能量系数对蒸发通量几乎没有影响;在降速蒸发阶段,随着能量系数的增加,固体壁面吸附的氩流体分子数增大。对于纳米栏栅形粗糙壁面上的纳米氩液膜蒸发,随着粗糙度因子或相面积分数的增大,恒速蒸发阶段的时间增加,蒸发通量减小;当蒸发过程达到平衡后,固体壁面吸附的氩原子数增多。     

盐水液滴降压蒸发析盐过程数值模拟

盐水溶液的降压蒸发广泛应用于海水淡化和工业制盐等领域,因此研究盐水在降压过程中的蒸发特性具有重要意义,有助于解决我国水资源缺乏问题。本文通过数值模拟的方法研究了降压环境下盐水液滴蒸发析盐过程,获得了盐析质量和液滴温度随时间的变化。采用的工质为饱和盐水,液滴的初始温度分别为20℃、15℃、10℃;环境压力从0.1MPa降至2000～10000Pa。通过与实验数据相对比,验证了本文模型的有效性。通过该数学模型,分析了影响析盐率和液滴温度变化的主要因素。结果表明:液滴直径越大,在蒸发过程中其析盐率越高,但温度变化越慢;压降速率越快,液滴蒸发速率越快,析盐率越大,温度变化也越快;液滴初始温度越高,蒸发速率越快,液滴表面析盐率越高,但不同初始温度的盐水液滴,在蒸发过程中其最终温度趋于一致。     

基板温度对超疏水表面液滴蒸发影响

基于椭球模型,模拟了不同基板温度条件下超疏水表面上固着纯水液滴的蒸发过程,探究了蒸发过程中液滴蒸发时间、接触角演变行为、液滴表面温度和蒸发速率等参量。结果表明:基板温度越高,液滴蒸发寿命越短,且蒸发时间随基板温度呈线性关系。液滴蒸发过程中,接触角随蒸发时间成非线性变化。因较大的高径比和较小的热扩散率,基板温度对液滴蒸发初始阶段影响较小。近接触线区域液滴表面温度梯度较大,其他区域温度梯度较小;且基板温度越高,除近接触线区域液滴表面温差越小,这说明蒸发冷却效应受到了抑制。同一体积条件下,基板温度越高,液滴蒸发速率越大,且蒸发速率随基板温度呈指数变化。     

氧化镁壁面上水纳米液滴润湿性的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟技术,研究氧化镁壁面-水纳米液滴体系的润湿特性。探讨了温度对密度分布及接触角的影响,研究了水分子在氧化镁近壁处的排布规律。模拟结果表明,氧化镁壁面具有润湿水纳米液滴的特性;随着温度的升高,氧化镁壁面-水纳米液滴体系的接触角不断减小,即润湿性不断增强。氧化镁近壁处的水分子中的两个氢原子,一个靠近氧化镁壁面,另一个远离氧化镁壁面。     

超疏水表面液滴蒸发内部流体流动与传热分析

基于椭球模型,模拟了超疏水表面上固着纯水液滴的蒸发过程,探究了蒸发过程中液滴外形、体积、接触角、表面温度和蒸发速率的变化,以及液滴内部温度和流线的分布情况。结果表明:液滴蒸发过程中,液滴顶部局部表面温度最大,接触线处最小,且随蒸发的进行表面温度逐渐减小。液滴体积演变行为区别于亲水表面,这表明基板特性影响了液滴蒸发机理。液滴蒸发初始时刻,全局蒸发速率最大,随蒸发的进行,全局蒸发速率逐渐减小。液滴表面温度分布不均匀使得液滴表面产生了张力梯度,张力梯度引起了液滴内部流体流动;近气液界面处流体由液滴顶部向下流动,液滴内部流体由下向上流动,形成了Marangoni流。流体流动伴随着热量的传递,导致接触线附近温度较低,液滴内部中心处温度较高。     

超疏水表面太阳能加热金-水纳米流体液滴蒸发特性

实验研究了超疏水表面上太阳能加热金纳米流体液滴蒸发特性。用高速摄像机和红外摄像机同步触发记录了2μl不同浓度金纳米流体液滴在超疏水表面的蒸发过程。通过一系列实验,观察对比不同浓度金纳米流体液滴蒸发过程中体积、接触角、接触直径、液滴表面温度以及蒸发速率等动态特性。结合水蒸气扩散模型以及红外温度图分析液滴在超疏水表面上的蒸发过程中蒸发通量变化以及表面温度变化等特性。发现不同浓度纳米流体液滴蒸发速率基本一致;超疏水表面上液滴蒸发以常接触角模式为主,后期呈现混合模式蒸发;液滴蒸发过程中,液滴上半部分蒸发通量大,致使液滴表面温度较低。     

超疏水表面太阳能加热金-水纳米流体液滴蒸发特性

实验研究了超疏水表面上太阳能加热金纳米流体液滴蒸发特性。用高速摄像机和红外摄像机同步触发记录了2 μl不同浓度金纳米流体液滴在超疏水表面的蒸发过程。通过一系列实验，观察对比不同浓度金纳米流体液滴蒸发过程中体积、接触角、接触直径、液滴表面温度以及蒸发速率等动态特性。结合水蒸气扩散模型以及红外温度图分析液滴在超疏水表面上的蒸发过程中蒸发通量变化以及表面温度变化等特性。发现不同浓度纳米流体液滴蒸发速率基本一致；超疏水表面上液滴蒸发以常接触角模式为主，后期呈现混合模式蒸发；液滴蒸发过程中，液滴上半部分蒸发通量大，致使液滴表面温度较低。     

氧化铝纳米流体液滴瞬态蒸发速率的演化特性分析

以氧化铝纳米流体液滴为研究对象,本文建立了基于任意拉格朗日-欧拉（ALE）法的液滴蒸发瞬态模型,对液滴蒸发过程中蒸汽浓度、纳米颗粒浓度、温度等进行多物理场耦合,并考虑了Marangoni流对液滴蒸发的影响,同时研究还结合蒸发实验可视化结果,分析了氧化铝纳米流体液滴的瞬态蒸发速率随时间的演化规律,讨论了颗粒体积分数和基板温度对蒸发模式的影响。结果表明,在液滴蒸发过程开始时,纳米流体液滴保持定接触半径蒸发模式,气液界面面积逐渐减小,瞬态蒸发速率也呈逐渐减小的趋势;当颗粒体积分数增大至26%时,瞬态蒸发速率曲线达到驻点;蒸发接近完全时,由于Marangoni流影响了内部流场、强化了内部传热,且液滴在已沉积在基板上的颗粒表面形成液膜,瞬态蒸发速率迅速增大。     

纳米水液膜蒸发行为的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法,从分子层次研究了纳米水液膜的蒸发过程,探讨水分子数、壁面能量参数、温度等因素对纳米水液膜密度分布、汽-液界面厚度的影响。模拟结果表明,水分子数和壁面能量参数对汽-液界面厚度影响不大。随着模拟温度的增加,汽-液界面厚度逐渐增加;液相主体密度逐渐减小。     

橡胶废水烟道喷雾蒸发特性研究

针对橡胶废水烟道喷雾蒸发技术,采用数值模拟方法研究液滴群蒸发特性的影响因素。结果表明:随着烟气流速的增大,液滴完全蒸发时间缩短,蒸发率提高,液滴完全蒸发距离呈先增大后减小的趋势;烟气温度越高和烟气水蒸气含量越小,液滴传质速率越快,液滴群蒸发特性越好;随着进料流量的增大,液滴完全蒸发时间缩短,液滴完全蒸发距离呈减小趋势,且有一段变化较平缓;进料温度对液滴群蒸发特性影响不明显。     

尿素水溶液液滴的蒸发特性

在石英管式炉上通过挂滴法来观察单个尿素水溶液（urea-aqueous-solution,UAS）液滴的具体蒸发过程,比较了不同环境温度以及不同初始直径大小下液滴的蒸发特性。结果表明,尿素溶液液滴在100～1300 ℃的温度范围内呈现出了不同的蒸发行为。在较高的温度下,液滴的蒸发行为较为复杂,如气泡的产生、液滴的变形以及发生微爆的现象;但是,随着环境温度的降低,这些现象就变得非常微弱甚至消失。同时,还定量分析了稳态蒸发常数与温度、液滴初始直径之间的变化关系,发现在初始直径为2.5 mm、温度在100～600 ℃之间变化的情况下,稳态蒸发常数从0.02075 mm2/s增加到了0.23953 mm2/s,增大了10倍左右。此外,还对气流流速为0.25～1.25 m/s范围内的液滴蒸发特性作了实验研究。当液滴周围有强迫气流存在时,液滴与气体间的换热方式由导热转变为对流换热,从而增强了液滴表面的传热传质能力,促进了液滴的蒸发。     

单液滴蒸发影响因素实验研究

设计了液滴蒸发实验装置,利用高速摄像系统记录高温气流中液滴蒸发过程,并根据实验的数据总结出液滴蒸发规律。在蒸发过程中,液滴蒸发首先经历一个非稳态初始加热阶段,然后液滴蒸发进入一个相对稳定的蒸发阶段,其直径变化基本遵循D2定律。气流温度越高,气流速度越大,液滴蒸发时间越短,液滴蒸发速度越快,但是气流速度对蒸发影响很小。随着液滴初始直径的增大,内部环流加强,液滴后部的尾涡加大,传质阻力减小,液滴的蒸发常数变大。     

盐水液滴降压环境下蒸发过程

盐水溶液在降压环境下的蒸发过程的研究,主要集中在海水淡化领域的降膜蒸发过程应用方面和工业制盐方面的平坦表面的蒸发过程的研究。而本文主要集中研究各种实验因素对于液滴温度变化的影响。对于多组分液滴降压环境下相变过程的研究,实验采用浓度为15%和6%的盐水溶液作为一组比较工质,在初始环境压力为94.5～97 kPa,最终环境压力范围为50～3000 Pa,液滴的初始温度范围为7～30℃,初始直径范围为1～3 mm的条件下进行实验。通过实验数据分析可知:盐水液滴在降压蒸发过程中的中心温度变化有析盐和不析盐两种现象,随着水分不断地蒸发,当液滴浓度达到22.4%而且温度足够低时就会析出盐分,否则,不会出现析盐现象;同时分析不同浓度、不同最终环境压力、不同初始温度和不同初始直径对液滴相变过程和温度变化的影响,并且观察环境压力降低和液滴温度变化之间的关系。     

振动筛板槽中液滴分散动力学的研究——(Ⅱ)实验结果及Monte-Carlo模拟技术的应用

本文根据前文(I)报的理论分析,采用Monte-Carlo方法对实验数据进行模拟.液滴直径的测量采用照相法及透光法.所测得的液滴直径分布数据及平均液滴直径的数据,在微机上进行拟合归纳,得到了振动筛板槽中液滴直径分布模型及液滴平均直径的关联式.模型计算结果与实测值拟合较好.应用Monte-Carlo模拟技术对液滴破碎和凝聚这一随机过程进行了模拟及参数估计,得到了液滴破碎速率及凝聚速率参数.     

电场作用下基面液滴蒸发与内部流动数值模拟

为探究电场强化基面液滴蒸发的原理,本文采用有限元方法,对外加电场作用下的固体基面上液滴的蒸发过程进行了数值模拟,对比了不同电导率液滴的蒸发过程,分析了电场、液滴蒸发速率和内部流动的影响及其成因,以及液滴在电场作用下的内部流动与液滴传热传质的关系,结果表明,电场力的作用能够显著强化液滴内部的流动,对液滴的传热传质具有促进作用。此外,本文分析了温度对电场下基面液滴蒸发及内部流动的影响,发现温度对电场、液滴内部流动及蒸发的强化作用也有着较为明显的影响：对于电导率较低的纯水液滴,当电场强度低于和高于临界值6kV/cm时,温度对电场强化液滴内部流动和蒸发的影响有所不同;对于电导率较高的盐酸液滴,温度对电场强化液滴内部流动和蒸发的影响随电场强度升高均较大。本文为发展高效静电喷雾冷却技术提供了研究基础。     

正十六烷纳米液滴在光滑壁面上润湿行为的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟技术,研究了正十六烷纳米液滴在光滑壁面上的润湿行为规律。模拟结果表明,壁面厚度、长度(或宽度)、截断半径及分子数对接触角的影响不大。随着壁面作用势能的增大,接触角线性减小;当壁面作用势能为0.5 k J/mol时,接触角约为90°。随着模拟温度的提高,接触角逐渐减小。