低沸点燃料内气泡生长简化模型的建立

基于对过热液体内气泡生长的一维数值模型的研究,根据气泡表面的热边界层内温度分布的定性分析,构建了一个简化的气泡生长模型.分别利用过热水中气泡生长的试验数据和二甲醚(DME)一维气泡生长模型的计算数据对模型的有效性进行了验证,结果表明,简化的气泡生长模型不仅保持了一维气泡生长模型的准确性,还大大降低了计算成本.利用该模型对二甲醚在过热条件下的气泡生长过程进行了数值模拟,结果表明,在表面张力控制阶段,气泡生长主要受表面张力的影响,在传热控制阶段,气泡生长主要受热扩散系数的影响,而在过渡阶段,气泡生长则同时受表面张力和热扩散系数的影响.     

锯齿形细通道内乙醇流动沸腾特性研究

采用数值模拟的方法对通道宽度为2mm的竖直布置的锯齿形细通道内乙醇流动沸腾及传热特性展开研究.通过UDF编程的方法对相界面的传热传质过程进行控制,重点考察了气泡的生长特性及其对系统压差和换热系数的影响.结果表明:锯齿形细通道内起始汽化核心均位于内侧突起点附近,且在漂移区和泡底微层共同作用下,该区域工质平均流速高达主流流速的5 ～ 10倍,使得该处的气泡生长速度最快,换热增强.系统压差随加热时间呈上升趋势,并在一定范围内震荡.传热系数随干度增大而下降,并将模拟结果与实验数据进行了对比分析,阐述了流型和通道几何结构对于传热系数的影响.     

单气泡沿过热曲面运动的格子Boltzmann模拟

基于一般化的插值补充格子Boltzmann方法和直角坐标系下的复合格子Boltzmann相变模型,构建了贴体坐标系下的复合LBM相变模型。利用Laplace定律及气泡在过热液体中的生长过程对该模型进行验证,所得计算结果与Laplace定律、Mikic解析解吻合良好。采用所构建的模型研究了不同Ja数下单气泡沿过热曲面运动的运动特性.结果表明：气泡上升过程经历了沿壁面滑移和脱离壁面两个阶段,且Ja数越大气泡生长越快,上升速度变化也越快。曲面导致的气泡形变会使得气泡速度变化产生波动,波动频率和幅度与Ja数成正相关。气泡并非一直生长变大,其在脱离壁面后,由于受到周围过冷液体冷凝开始变小;气泡对温度场的扰动程度也与Ja数成正相关,同时温度场的剧烈变化也反过来影响气泡的生长。     

闪急沸腾条件下的二甲醚气爆雾化理论研究

为深入研究气泡微爆对燃油雾化的影响,利用线形稳定性理论推导了可描述气泡生长过程中的不稳定扰动所需要满足的色散方程,并对该方程进行了无量纲化处理,以此对二甲醚气泡生长的不稳定性进行了研究,建立了新的油滴破碎准则。研究结果表明:气泡Weber数和气泡的体积分数越大,气泡越不稳定;油滴破碎时间随气泡生长速度的增大或者初始油滴/气泡半径比的减小而缩短。     

竖直通道内相邻气泡对上升的直接数值模拟

采用Level Set方法和耦合表面张力模型的Navier-Stokes方程,结合ALE数值算法,直接模拟了竖直通道内两个相邻气泡的上升。重点研究不同空间布置的8mm气泡对后面的尾迹流及其相互作用。数值模拟准确再现气泡对的变形、吸引及排斥行为,气泡上升速度计算结果与经验式吻合。模拟结果表明,两个气泡后面的尾迹流及其相互作用决定了上升气泡对的行为。并排上升的气泡对,由于尾流区被一个射流流动分隔,气泡对没有聚并;然而当垂直上升气泡对中的尾随气泡有超过50%的投影面积进入到前头气泡的尾流区,聚并现象发生。     

水平管外降膜蒸发微观传热特性

为了深入探究水平管降膜蒸发的微观传热特性,采用基于VOF法的计算流体模型对水平管外降膜蒸发进行数值模拟,通过求解控制方程得到液膜内的温度场和速度场。分析了不同入口边界温度和Re数下管外薄液膜内热边界层、无量纲温度和局部传热系数的微观传热特性变化规律,定量给出了热发展区与充分热发展区的边界位置。模拟结果表明:液膜入口温度越高,液膜热发展区覆盖的圆周角度越小;液膜内的热发展区覆盖的角度随Re数的增大而增加是平均传热系数随Re数增大的原因;管外圆周方向无量纲温度分布证明了液膜中的传热包含导热和对流传热;管外液膜内纯导热系数与局部传热系数的差值随倾斜角的增加而减少是由于对流效应沿管圆周方向减弱引起的。     

电场作用下冷气泡行为试验研究

气泡的生成、成长、脱离和上升等行为均是决定电场强化传热机理的主要过程,为获得电场作用下气泡生长的动态过程,研究了电场作用下冷态氮气泡的行为特性,利用高速摄像机拍摄了不同电场强度下的气泡生长试验图像,并对气泡脱离形态、周期和速度及加速度进行对比分析。试验结果表明,冷态氮气泡沿着场强方向拉长,呈圆柱体形状脱离壁面,气泡的脱离周期、速度与场强成正比,而加速度与场强成反比。     

质量力作用下液滴变形及破裂现象的LBM模拟

基于伪势模型的两相格子Boltzmann方法(lattice Boltzmann method-LBM)模拟研究了液滴在质量力作用下的运动、变形和破裂现象.根据Young-Laplace定律确定模拟中所需的表面张力系数值,并对模型中表面张力所应具有的各向同性特性进行验证;计算了不同Bond数和Ohnesorge数时液滴的运动和变形过程.结果表明:随着Bond数的增大,液滴变形不断加剧并最终破裂;随着Ohnesorge数的增大,液滴趋向于维持其原始形状,运动过程中破裂现象的发生将受到抑制.     

乙醇液滴在高温氮气环境下的运动蒸发特性

为达到新型燃料发动机高效工作的目的,基于质量、动量、能量方程,对单个乙醇液滴在高温氮气环境下的运动和蒸发过程建立数学模型,通过与实验数据对比,验证了模型的有效性。分析了不同环境压力下,液滴温度、速度、尺寸与时间和贯穿距离的关系。结果表明：环境压力越高,瞬态和平衡蒸发阶段时间越长,温度越高;液滴运动速度下降越快,贯穿距离越短;蒸发速度越慢,液滴寿命越长。在液滴速度连续变化的距离内,液滴温度逐渐上升,而尺寸略有膨胀。随环境压力升高,瞬态阶段的膨胀越显著。     

单孔鼓泡影响因素的数值模拟与试验

采用Fluent软件中的VOF模型,模拟低气速下,不同参数对空气在水中单孔鼓泡过程的影响,并与试验结果进行比较,研究发现:筛孔直径及进孔气速越大,生成的气泡直径越大,气泡脱离孔口的时间越短;表面张力系数增大,气泡直径随之增大,气泡脱离孔口的时间变长。因此,增加水温、降低水的表面张力系数,有利于强化气水相间的加湿传质。