Investigation on Liquid Breakup Regimes and Atomization Performance of Slinger

甩油盘液体破碎形态及雾化性能研究

覃文隆

（中国飞行试验研究院,西安 710089）

摘要：

在Dahm的研究基础上,对甩油盘的液体形态、雾化性能等进行研究。在圆形出孔中,当液体与壁面之间夹角小于时,表面张力会阻止液体在科氏力作用下聚集到出孔一侧。Dahm提出的判定液柱、液膜形态的公式并不能准确衡量液体的形态,提出排水池假说、相对滑移假说来解释此现象。sub与super与韦伯数相关,当we小是为sub,we大时为sup,而当we在中间状态时无法判定。液体的一次雾化与相应特征长度下的we有关,但二次雾化会产生大量微小液滴,液雾SMD与相应特征长度下We相关系数不大。整体上液雾SMD与We成指数关系,特征长度为出孔内液膜厚度,相关系数接近0.9。

关键词：旋转雾化,甩油盘,液体破碎形态,液雾SMD

     

水蒸汽诱导法成膜过程研究

在用水蒸汽诱导法制备聚偏氟乙烯(PVDF)微孔膜时,利用光学显微镜对初生态膜在水蒸汽中凝胶过程进行动态观察,结合膜在不同湿度下质量变化和表面液滴层的红外光谱图,研究了蒸汽诱导法成膜的具体过程.结果表明,蒸汽诱导法制备PVDF膜的成膜过程存在着溶剂和非溶剂的迁移,刚开始是非溶剂水的迁入占主导地位,膜质量增加;此后,溶剂与非溶剂的挥发逐渐占主导地位,膜质量在达到最大值后逐渐减少,最终稳定.湿度较高时,溶剂与非溶剂扩散速度较快,膜的凝胶速度较快;湿度较低时,膜凝胶速度则较慢.膜表面和断面电镜照片表明,随着膜在蒸汽中停留时间的延长,蒸汽诱导法最终形成的膜为粗糙多孔表面及对称的断面结构.     

燃料抛散中液体颗粒尺寸的研究

利用激光散射仪和纹影仪观测了水的抛撒首次破碎和二次破碎中的液体颗粒尺寸,并对水的抛撤二次破碎中的液体颗粒尺寸进行了数值模拟计算。实验观测表明：水的抛撒二次破碎中,在固定位置测量到的云雾区液体颗粒Sauter平均直径随测量时间的增加呈现出减小的趋势;而云雾区的宽度随着抛散中心和距离增大而呈现出增加的趋势;云雾区前缘的液体颗粒Sauter平均直径则随着与抛撒中心的距离增大而呈现出先逐渐增大然后迅速减小的趋势,这与数值模拟计算结果基本一致;水的抛散首次破碎过程中,液体颗粒尺寸达到厘米数量级。     

氮液滴在气流中的破碎和碰撞模拟

为揭示喷雾冷却中雾场氮液滴的行为,基于流体体积法(VOF)建立氮液滴的碰撞模型,对氮液滴在高速气流下的不同碰撞过程进行数值模拟,研究碰撞过程中液滴形态及气隙压力的变化情况.设定相同与不同液滴尺寸的液滴碰撞,以及对心与偏心液滴碰撞等4种不同条件,分析在各种碰撞条件下,碰撞初始条件改变对于液滴形态与后续液滴大小的影响.数值计算结果表明:高速气流下液滴发生碰撞时,其破碎形态主要由气流速度决定,而碰撞参数B主要决定液滴拉伸形成韧性带的方向;液滴接触时形成的气体间隙,其压力呈现先增大后减小的趋势;与对心碰撞过程相比,偏心碰撞时气隙压力会更快释放;相同尺寸对心碰撞的后续液滴分离情况最差,这是由于韧性带沿着气流方向,导致液膜没有明显破碎,对于后续液滴蒸发不利.     

矩形微通道内流动沸腾压力降实验研究

对去离子水在矩形微通道(0.54 mm×1.6 mm×330 mm)中的流动沸腾压力降特性进行了实验研究.结果表明:质量流速和出口干度对压力降有重要影响,总压力降随质量流速和出口干度的增加而增大;各分压力降中摩擦压力降占主要部分,其次是重力、加速和单相流压力降.在实验数据基础上拟合微通道内单相流摩擦系数关联式,预测值与实验数据吻合良好,对微通道内流动沸腾摩擦压力降的研究有重要的参考价值.     

Effects of bending on heat transfer performance of axial micro-grooved heat pipe

Heat pipe is always bent in the typical application of electronic heat dissipation at high heat flux, which greatly affects its heat transfer performance. The capillary limit of heat transport in the bent micro-grooved heat pipes was analyzed in the vapor pressure drop, the liquid pressure drop and the interaction of the vapor with wick fluid. The bent heat pipes were fabricated and tested from the bending angle, the bending position and the bending radius. The results show that temperature difference and thermal resistance increase while the heat transfer capacity of the heat pipe decreases, with the increase of the bending angles and the bending position closer to the vapor section. However, the effects of bending radius can be ignored. The result agrees well with the predicted equations.     

二元共聚物混合体系薄膜蒸汽退火自组装

借助原子力显微镜(AFM)研究了不同链段长度的聚苯乙烯-b-聚2-乙烯基吡啶(PS-b-P2VP)在氯仿或者四氢呋喃中溶解后,其薄膜在乙醇蒸汽中退火的自组装行为。主要研究了混合比例、溶剂、以及蒸汽退火时间对薄膜自组装的影响。研究发现改变混合比例、蒸汽退火时间可以有效调控薄膜自组装的结构和尺寸,得到了一系列不同形貌和尺寸的自组装结构;相比氯仿,四氢呋喃更有利于混合体系薄膜自组装的相分离。     

外场影响汽液相变的机理分析

以能量公设为基础,从非平衡热力学的层面推广了化学势的定义,由此得到了有外场作用下汽液相变的动力学模型。在此基础上,分析了外场影响汽液相变的机理。结果表明,外场既可以加快物质的相变速率,也可以减慢物质的相变速率,还可以改变原来相变的变化方向。以水蒸气凝结成水滴的相变过程为例,当以电离子为水滴凝结核时,电离子激发的电场可加快水滴的生长,这与雷雨天空中或威耳孙云室中的水蒸气容易凝结的现象一致。     

泰德·克莱默:一个家庭观念滞后的男人

以男主人公泰德·克莱默为视点 ,从家庭学的角度解读影片《克莱默夫妇》 ,指出 :泰德·克莱默“男主外、女主内”的陈旧家庭观念 ,使得他在家庭中的父亲、丈夫角色都有缺失 ,这种缺失直接导致了他们家庭的瓦解。泰德·克莱默这一家庭观念滞后的男性形象塑造 ,也因这种导致家庭瓦解的原因往往没引起注意而具有特殊的价值     

燕尾型轴向槽道热管薄液膜热传递及实验验证

基于薄液膜的传热传质理论建立了燕尾形槽道热管的蒸发段与冷凝段热传递的数学模型,利用Laplace-Young方程得到不同负荷下的轴向毛细半径分布.分析求解了蒸发段温降与冷凝段的温降随热负荷的变化,进而得出了热管温降随热负荷的变化.实验研究了热管在不同冷源温度下温降随热负荷的变化.结果表明:槽道中液膜厚度沿轴向逐渐增厚;蒸发段和冷凝段温降随热负荷增大而增大;通过比较模型预测值和实验测量值,发现两者吻合较好,进一步验证本文所建的模型的正确性.     

壳聚糖与葡甘聚糖共混材料的制备及其性能表征

以葡甘聚糖和壳聚糖为主要原料,采用36％的乙酸溶解壳聚糖,通过共混的方法制备壳聚糖与葡甘聚糖共混膜液,经静置减压脱泡、倒膜、干燥制膜,并用与乙酸等物质量的氢氧化钠对膜进行处理。通过IR、XRD和生物学显微镜对共混膜进行性能表征,同时测定了共混膜的透光率、力学性能、吸水率及水蒸气透过系数。结果表明：共混膜的力学性能和水蒸气透过系数得到改善,葡甘聚糖和壳聚糖之间有强烈的相互作用和良好的相容性,作为一种潜在的皮肤组织工程支架将具有良好的应用前景。     

转炉煤气回收系统文氏管喷淋降温与流动数值模拟

在转炉煤气回收系统中,文氏管内部有喷射行为的传热传质非常复杂。获得其内部的传热传质情况对文氏管的设计和运行管理具有非常重要的指导意义。视炉气为连续相、喷射液滴为离散相,考虑连续相与离散相在质量、动量和能量的相互作用,建立了数学模型,数值模拟了文氏管内部流动与传热行为,获得了文氏管出口温度、水蒸气质量分数和压力损失与喷射流量之间的关系。当喷射流量小于临界喷射流量时,出口炉气的温度和水蒸气质量分数随喷射流量的增大分别呈线性下降和上升关系;当喷射流量大于临界喷射流量时,炉气降温和水蒸气质量分数增长不显著。压力损失随喷射流量增大而增大。     

丝素--PVP共混膜的结构及性能研究

介绍了丝素-PVP共混膜的制备方法.测定了不同配比共混膜的结构及力学性能、吸湿性、透气性等性能.测试结果表明,丝素中加入适量PVP后,可使共混膜具有良好强伸度、柔软性,吸湿性以及良好的透汽性,改善了丝素创面保护膜的性能和应用效果.     

剪切与拉伸流场中HDPE/PA6混合物形态演变研究

应用单螺杆挤出机制备了高密度聚乙烯／尼龙6（HDPE／PA6）混合物。研究了其在剪切和拉伸流场中的形态演变。采用扫描电子显微镜（SEM）观察了HPDE／PA6混合物的形态，应用NIH图像处理软件对SEM照片进行了分析。结果表明：分散相PA6液滴的形成和破裂对剪切与拉伸流场的作用非常敏感，在拉伸流场作用下，更容易形成层状PA6分散相。     

激光化学气相沉积非晶硅

本文报道了CO_2激光化学气相沉积非晶硅的实验结果,硅薄膜的沉积速率与硅烷气压、基片温度和激光光强密切有关。 利用不同方法测量了硅薄膜样品的各种特性,证实了薄膜确为非晶硅。 作者也研究了激光化学沉积非晶硅的机理,并给出了理论讨论以解释实验结果。     

颗粒分散和破碎过程在线检测研究

对颗粒物质的分散和破碎过程很少进行研究。本研究利用一种全新的颗粒在线检测技术－透光脉动检测技术，对不同组成的颗粒物质在水中破碎的过程进行检测。结果表明该技术可详细地描述出颗粒物质的破碎情况，具有很大的实用价值，从而发展出一种用于颗粒物质破碎或分散过程的全新在线检测方法和手段。     

皂泡式流量计的开发与应用

介绍了自行开发研制的皂泡式流量计。分析了该流量计的流量特性 ,提出了提高使用性能的方法 ,研究了流速、压差和扩张比与薄膜顺利通过测量区成功到达出口率的关系。该流量计具有小流量测量精度高、压差损失小、成本低等特点 ,可用于小排量液化石油气发动机燃料消耗率的测量。本文还介绍了该流量计在小型单缸液化石油气发动机台架试验中的实际应用情况。     

毛细作用气液分离过程的理论分析

针对分液冷凝换热器的毛细作用气液分离流动过程,建立了稳定流动情况下的一维数学模型.模型综合考虑了静压、重力、毛细压力、切应力的影响 ;考察了在稳定状态下孔径、孔数以及其组合方式对液膜高度的影响,同时还考察了入口干度和流量对液膜高度的影响;发现孔径和孔数对液膜高度影响基本相同,都是随着数值的增大而液膜高度减小.孔径为1.3 mm、孔数为8时液膜高度都分别为零,气液分离失效,但是干度和流量的对液膜高度影响趋势却相反.在干度为0.5、流量为0.058 kg/s时液膜高度也都分别为零,气液分离失效.     

有固相析出的并流多效蒸发系统优化设计研究

建立了带有固相析出的并流多效蒸发系统优化设计数学模型，该模型以整个蒸发系统的年总费用（包括加热蒸汽年费用、真空系统年费以及蒸发器和各辅助设备的年折旧维修费用等）最小为优化目标，以生蒸汽压力、冷凝器真空度及各效有效传热温度差为决策变量，应用一种新算法-复合形法结合拉格朗日乘子法和矩阵法求最优解。算例表明，生蒸汽压力、冷凝器真空度对优化结果影响显著，按新模型优化设计比常规设计可节省费用10%左右。     

浸润度对低温下气膜产生的影响

针对气膜在沸腾过程中的低热导率以及能够降低流体流动阻力的特点,应用分子动力学模拟的方法在等温等压系综下模拟了气膜的形成过程,在较低的温度下得到了气膜.通过改变固液界面的接触角来改变固液界面的浸润度,进一步影响气膜的形成.结果表明,超疏水性固体壁面明显能够增强气膜形成,在较低温度下,一般的疏水性界面不能形成气膜,而超疏水性界面能够在较短时间内形成气膜,既可以减小流体流动阻力,又可以防止器件表面温度过高而烧坏.