双液滴同时撞击液膜的动力学演变

为了考察液滴的撞击对液膜变形行为的影响规律,利用CLSVOF(coupled level set and volume of fluid)方法模拟双液滴同时撞击平面液膜后的流动过程,获得了不同水平间隔距离、不同撞击速度的两液滴撞击平面液膜后的演变过程特点,通过分析不同时刻压力场分布,探索了两液滴水平间隔距离、韦伯数和撞击速度对双液滴同时撞击液膜后流动过程、形态及对水花高度和中心射流高度的影响。结果表明,碰撞速度较大时的中心液膜射流高度大于碰撞速度较小时的;We数较大时中心射流顶端将产生二次液滴;液滴间距对撞击后初始时(3 ms之前)撞击点两侧的开始水花高度没有明显影响。     

液滴撞击加热亲水管壁后的反弹和中心射流

采用高速摄像机拍摄水滴撞击加热亲水管壁的动态过程,研究在不同撞击速度（韦伯数）和壁面温度下,液滴撞击后出现的液膜反弹和中心射流现象. 不同于液滴撞击常温亲水管壁,液滴撞击加热亲水管壁后会反弹. 在曲率比（液滴直径与管外壁直径的比值）为0.15,撞击速度为0.47~1.40 m/s,壁面温度为20~305 ℃的条件下,观测到“回缩?反弹”“铺展?反弹”和“破碎?反弹”3种反弹形式,总结其发生条件. 壁面温度是决定液滴撞击后能否发生反弹的关键因素,壁面温度和韦伯数均对“破碎?反弹”的产生有显著影响. 从重力、惯性力和气化反作用力角度分析产生快速“铺展?反弹”现象的原因. 分析中心射流形成原因,发现增加壁面温度和韦伯数有利于不完全中心射流的形成.     

射流液滴撞击壁面二次液滴的粒径特性研究

液滴碰撞是液滴动力学研究的基本内容。基于可视化图像技术对射流液滴连续撞击微小固体壁面后形成的二次破碎飞溅液滴的粒径特性进行了实验研究,在低压低射流量的基础上,阐明了射流液滴连续撞击固体壁面破碎飞溅的雾化过程,分析了不同位置和驱动压力对二次破碎飞溅液滴粒径分布特性的影响,结果表明：二次液滴粒径总体而言相对较小,几乎位于100μm以下,且峰值区域基本集中在30～40μm之间,具有较好撞击雾化效应。二次液滴粒径在空间分布上存在差异,并非完全对称于撞击中心分布,水平方向上距离撞击点越远,二次液滴粒径越小;垂直方向上高度越高,粒径越小。随着驱动压力的增大,频率分布峰值的二次液滴粒径变小,二次液滴粒径分布范围变大。     

液滴撞击超疏水—亲水混合表面的动态行为特性

对液滴撞击普通表面、疏水表面、疏水—亲水混合表面的行为进行可视化观测,对比研究不同撞击表面的动力学特性,分析表面润湿性以及撞击速度对撞击行为的影响.疏水部分接触角选取115°、135°和150°.液滴撞击不同的表面,均会发生铺展、回缩、反弹或破碎行为.液滴撞击疏水表面的速度越大,表面的铺展因子越大,但不会影响最大铺展时间(3 ms).当液滴以2.43 m/s的速度撞击超疏水表面时,铺展因子可达3.43.研究发现,液滴撞击超疏水—亲水混合表面未发生反弹,且撞击速度越大,接触角越大,液滴撞击产生的液指越多,断裂产生的次生小液滴越多.结果表明,超疏水—亲水混合条纹可以减小单个液滴的体积,减少液滴的二次回弹.     

双股射流碰撞雾化特征实验

为改善双股射流碰撞雾化器的雾化性能,基于自行搭建的射流碰撞雾化实验台,采用CCD拍摄技术,研究射流速度、碰撞角度、喷嘴出口内径和黏度对雾化特征的影响.结果表明:随着射流韦伯数和碰撞角度的增大,喷雾角增大,液滴的索太尔平均直径(SMD)减小,且液滴分布更加均匀;喷嘴内径较小时形成的液膜厚度较薄,稳定性差,喷雾角较小,在所研究的范围内,液滴的平均直径不受喷嘴内径的影响;液体黏度越大,液膜越稳定不易破碎,液膜尺寸越大,喷雾角越小,液滴的平均粒径越大;在韦伯数较小时,差异明显,而在较高的韦伯数条件下,差距较小.在进行40%浓度甘油溶液雾化实验时,观察到了液膜翻转现象,从碰撞点往下出现连续多个相互垂直的液膜.因此,增大射流速度、碰撞角度,减小液体黏度,有助于改善雾化性能.     

湿式静电除尘器喷嘴特性

为优化湿式静电除尘器清灰特性,研究喷嘴特性.采用相位多普勒粒子分析仪(PDA),研究单喷嘴、双喷嘴同轴侧向撞击及喷嘴与壁面碰撞后的雾化特性,实验数据表明液滴撞壁后形态主要由液滴自身动能、液滴表面张力和黏度决定,由韦伯数描述.距离喷嘴位置越远,喷嘴雾化角越大,索特尔平均粒径(SMD)波动越小,韦伯数分布越均匀,液膜均布性越好.在此基础上,对喷嘴布置方式与液膜均布性关系做进一步分析,得到喷淋管间距越大,喷嘴角度越大,极板上水膜更加均匀,该实验结果与喷嘴特性实验相符.     

幂律流体双股碰撞雾化特征的实验研究

为深入研究双股射流碰撞系统的雾化特性,基于双股射流碰撞雾化实验台,采用PIV测速仪,通过改变双股射流的射流不对称性、添加氮气气流扰动以及添加金属铝粒子,来实验探究上述因素对于幂律流体雾化的影响.实验结果表明:韦伯数较小时,幂律流体以一定偏心度碰撞会形成链状液膜,链结长度随偏心度增大而减小;当双股射流以不同长度撞击时,幂律流体会出现鱼骨模式,该现象在0.15%卡波姆凝胶中较为明显;添加气流扰动能增大幂律流体液膜表面波的强度,导致液膜宽度变薄、液膜边缘提前破裂,并且当韦伯数较小时,液滴索太尔平均直径减小;添加金属粒子使幂律流体强度变低,最大破碎长度变小,提前进入各个破碎模式,更早达到液滴平均直径收敛值.采用一定的偏心度,适当加入气流扰动和金属粒子,有助于改善幂律流体雾化性能.     

液滴撞击圆柱外表面蒸发换热的数值模拟

为进一步研究液滴撞击加热壁面过程中的破裂现象及不同参数对液滴蒸发换热的影响,采用CLSVOF方法和相变模型对液滴撞击加热圆柱外表面进行三维数值模拟.模拟过程中考虑了壁面温度、接触角以及撞击速度对液滴蒸发换热的影响.结果表明:液滴产生破裂的位置与液滴撞击壁面时的速度有关,当撞击速度较小时,破裂产生于液滴中心处;当撞击速度较大时,破裂处位于中间和边缘两部分液体之间.液滴撞击壁面后,在三相接触线和液滴破裂处附近产生了蒸汽旋涡,强化了液滴与壁面间的换热,增加了液滴侧的壁面热流密度.短时间内壁面温度对液滴蒸发量的影响较小,但撞击速度与接触角对其蒸发量的影响较大,且接触角越小,撞击速度越大,壁面平均热流密度越大,液滴蒸发量越大,有利于液滴与壁面间的换热.     

无重力下水滴在两纤维间的形貌特征分析

运用最小自由能原理,数值计算了液滴在2个平行圆柱形纤维上的润湿行为.计算结果发现液滴的形貌取决于液滴体积大小和纤维之间的距离.当纤维的间距小于临界距离时,液滴为柱状形貌.当纤维的间距大于临界距离时,液滴为桶状液滴或者液滴桥,这取决于临界体积:当液滴体积大于临界体积时,液滴为桶状液滴平衡形貌;当液滴体积小于临界体积时,液...     

Al2O3纳米流体液滴撞击壁面的动力学行为数值研究

针对纳米流体液滴撞击固体壁面的动力学行为,建立基于相场方法描述液滴动态过程的二维数值模型,引入Kistler动态接触角模型以模拟铺展过程中液滴动态接触角变化以及三相接触线的迁移. 通过模拟分析液滴铺展因子、无量纲高度的变化研究不同纳米颗粒体积分数、惯性力和液滴直径等因素对水基Al₂O₃纳米流体液滴撞击壁面的铺展回缩过程的影响机制. 结果表明：超过一定体积分数的纳米颗粒使流体表现出明显的剪切稀化特性,增加液滴的黏性耗散,抑制液滴的铺展回缩过程;液滴撞击速度的增加会增大其撞击壁面时最大铺展直径和达到稳定状态的耗时,直径的增加使液滴振荡周期加长;体积分数为4%的纳米颗粒可以抑制上述两者带来的影响,使液滴更快到达稳定状态.     

壁面过冷度对液滴撞击动力学的影响

为深入探究液滴撞击过冷壁面的动态特性以及不同参数对液滴铺展过程的影响,针对液滴撞击硅片的动态铺展行为进行了可视化实验研究,通过改变撞击速度以及液滴尺寸获得了大范围韦伯数下液滴铺展特性随壁面过冷度变化的普遍规律。结果表明,壁面过冷条件下,在不同韦伯数区域,液滴最大铺展直径随壁面温度的升高呈现不同的变化趋势。在低韦伯数区域(We<190),由于液体黏性及表面张力降低,液滴最大铺展因子随着壁面过冷度的降低而增大;在高韦伯数区域(We>190),液滴最大铺展因子随着壁面过冷度的降低呈现先下降后上升的趋势,该非线性趋势是壁面温度上升导致最大无量纲指状长度的减量与最大内部铺展因子的增量相互竞争的结果;韦伯数为209时,壁面温度从-36.6℃上升至-27.6℃,导致最大铺展因子降低5.9%;较大的韦伯数是液滴四周形成指状形态的前提,较低的壁面温度会加剧液膜减速从而强化该形态;液滴达到最大铺展直径的时间随着壁面温度的上升略有增加,随着液滴尺寸的增加显著增加,但几乎不随撞击速度发生变化。研究结果揭示了壁面过冷度对液滴撞击动力学的显著影响,可为控制固-液接触面积的新策略提供理论依据。     

射流过程中主液滴和伴随液滴的形成与消除研究

射流过程中常有伴随液滴的产生,伴随液滴不仅浪费资源,而且对生产系统及环境都会造成一定的危害,尤其是制药系统,所以有必要对射流过程中伴随液滴的形成过程及消除方式进行研究.本文利用高速摄像对射流破碎过程中主液滴和伴随液滴的运动进行研究,针对纵向扰动对射流过程中伴随液滴的影响进行实验研究.研究发现了滴针孔径、甘油质量分数和液...     

T型微通道内液滴形成过程及长度的实验研究

利用高速摄像机研究截面为400×400 μm的正T型微通道内液-液两相流动特性,离散相（硅油）和连续相（质量分数为0.5%的十二烷基硫酸钠SDS蒸馏水）的体积流量范围分别为1~5、2~110 mL/h. 结果表明,两相流型主要为弹状流和滴状流,前者的形成机理为挤压机理,后者为剪切机理. 液滴的长度随离散相体积流量和离散相与连续相体积流量之比的增大而增大,随连续相的体积流量和毛细数的增大而降低. 液柱长度的变化规律与液滴长度相反. 液滴生成时间随离散相与连续相的体积流量的增大而逐渐降低,剪切机理生成液滴所需时间小于挤压机理. 依据实验结果,采用离散相与连续相体积流量比和连续相的毛细数,总结出无量纲液滴、液柱长度及液滴生成时间的预测关联式.     

高速氩气流中水滴和电子氟化液滴变形破碎的实验研究

在竖直激波管中实验研究了液滴在高速气流中的变形破碎现象。使用高速相机直接拍摄法以及阴影法获得了两种不同的液滴在不同气相中变形破碎的形态特征图像,定量分析了液滴位移及横向变形随时间的变化关系。结果表明:液滴的表面张力越小,液滴越容易变形破碎,且变形破碎速率越快;气液密度比越大,液滴在气相中越不稳定,液滴开始变形和破碎的时间越早,且变形破碎程度更高;液滴的横向变形最大值随着激波马赫数的增大而增大。     

应用LevelSet方法模拟三维气泡与液滴的运动

将LevelSet方法与ICE数值格式相结合,建立了求解含有运动界面的不可压缩气液两相流动问题的三 维模型及数值解法。应用所建立的模型和算法三维模拟了4种典型气泡和液滴的运动过程,包括气泡从单个喷 嘴生成和上升的过程,两个大小不同的空气气泡在水中自由上升时的相互作用过程,水滴下落冲击水面的过程 和水滴与颗粒正向等温碰撞过程。模拟结果表明,所建立的模型与算法能准确方便地捕捉到三维气泡和液滴界 面的破碎与融合等拓扑结构的变化,说明LevelSet方法是一种行之有效且大有前途的处理气液运动界面问题 的方法。     

柴油机喷雾油滴撞击球面特性的数值模拟

以柴油发动机燃烧室内喷雾油滴撞壁为研究对象,运用计算流体力学软件FLUENT,基于流体体积法(VOF),建立了高温柴油液滴撞击低温球形不锈钢壁面的数值模型,对撞壁过程流动及传热特性进行了研究,并对模型进行了实验验证。研究表明:柴油液滴撞击亲油性球形壁面后铺展系数随时间递增,一段时间后保持为恒定值;壁面热流密度在液滴与壁面接触区域内呈现不均衡分布,且数值随时间递减;液滴直径、撞壁速度对撞壁特性有影响,这两个因素均与铺展系数和总壁面热流密度数值成正相关,但与达到最大铺展系数及最大总壁面热流密度的无量纲时间无关;速度超过临界值,油滴撞壁后将会产生飞溅及二次液滴。     

喷射成形静电作用下雾化过程的理论分析

静电雾化技术可以提高喷射成形雾化质量,但由于雾化过程涉及气液固三相流、流场和电场等多场联合作用等,给试验研究带来了诸多不便.为了深入了解静电作用对喷射成形中金属液射流破碎的雾化过程影响,从理论上分析了静电作用对喷射成形雾化中射流破碎长度、雾滴表面张力和雾化液滴粒径的影响.结果表明：随着静电电压的增加,射流破碎长度将缩小,雾化液滴直径减小;当电压升高到一定值时,破碎长度和雾滴直径趋于稳定.静电力降低了液滴的表面张力,使得雾化动力相对增加,从而有助于提高雾化质量.     

电场作用下液滴的动力学特征

基于漏电介质模型和润滑理论,建立了电场作用下两极板间液滴运动特征的理论模型,采用PDECOL数值模拟了不同底部电势下液滴的动力学特征及多种参数的影响,讨论了主要特征量的变化率。结果表明:线性底部电势的突出影响表现在促进液滴整体偏移现象上,具有减缓液滴铺展、抑制液膜破断的作用;非线性电势的影响体现在液滴自由界面呈波状形态,或液滴中心内陷,逐渐破裂为子液滴、并向两侧分离的特征,提高电毛细力数有助于分裂液滴、增大电极间距则可减缓液滴运动;交流电场作用下,液滴作周期性振荡运动、呈扁长外形,提高电压幅值加剧液滴破裂或重组特征。     

液滴撞击热钢板表面的Leidenfrost现象及其铺展特性

本文对液滴撞击热钢板表面形变特性进行了实验研究.根据压电共振理论设计液滴发生器制取液滴,高速摄像机记录液滴撞击热钢板的行为并用IPP软件进行图像处理.实验结果表明：表面温度在300℃以上时液滴撞击会发生leidenfrost现象,钢板与液滴接触气化冲力是影响液滴leiden frost现象的重要因素;表面温度对液滴铺展时间影响较小,对液滴收缩反弹形态变化影响较大;液滴最大铺展因子随着韦伯数的增大而增大.     

液滴喷射过程中碰撞的形态及流场模拟分析

利用VOF方法建立单个液滴与基板发生碰撞沉积变形的模型,分别对液滴的运动、射流、弛豫和浸润等4个阶段形态变化进行了分析。对模拟结果分析发现:液滴碰撞速度越大,射流能达到的铺展半径越大,液滴最后平衡所用的时间也越长,但速度太大可能导致在浸润阶段液滴回缩时形成中间空缺的现象。模拟结果与照片相符合,说明文中研究方法可行。对液滴铺展达到最大半径、平衡态半径的模拟值和计算值进行比较,二者的误差很小。液滴流场的变化是决定其形态变化的本质,通过对模拟得到的液滴内部流场进行分析,流场变化和液滴4个阶段的形态变化完全一致,从液滴内部掌握了其变形机理。