水平板上固着碳纳米管燃油液滴的蒸发特性

以正十四烷（C14）为基液,表面活性剂溴化十六烷三甲基铵（CTAB）为助溶剂,采用两步法配制分别含有20、50 nm碳纳米管（CNT）的纳米燃油. 分析比较基液燃油与纳米燃油的黏度特性,采用接触角测量仪记录燃油液滴在加热平板上的蒸发变形,探究不同粒径及质量浓度的CNT对正十四烷燃油液滴蒸发特性的影响. 研究表明,纳米粒子的加入增加了基液的黏度,并且黏度随着纳米粒子质量浓度增大或粒径减小而增加. CNT纳米燃油液滴蒸发过程符合部分润湿状态下单组分液滴蒸发的一般规律. 在液滴蒸发定接触线阶段,纳米燃油导热系数增强,液滴从外界吸收的热量加快向液体内部传递,延滞了液滴边缘处（三相线处）液体分子的挥发. 纳米粒子在液滴边缘处沉积,阻滞了接触线向内收缩,增加了液滴在定接触线阶段蒸发的持续时间,纳米燃油在此阶段的蒸发速率比基液燃油低,且蒸发速率的差异随燃油中纳米粒子数量的增多而加大. 在定接触角与混合蒸发阶段,“自销钉”效应阻滞接触线收缩,液滴与底板的接触面积较大,液滴中纳米粒子质量浓度的增加使液滴吸收更多的热量,在后2个蒸发阶段,纳米燃油的蒸发速率明显加快,大于基液燃油的蒸发速率. 在整个蒸发过程中,纳米燃油的平均蒸发速率高于基液燃油.     

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.     

表面特性对超声波脱除冷表面冻结液滴的影响

本文研究了表面特性对超声波脱除冷表面冻结液滴的影响,对不同表面特性下超声波对不同粒径和不同冻结时间冻结液滴的脱除效果进行了对比分析. 试验结果表明,超声波可瞬间脱除冷表面冻结液滴,且随着表面接触角的增加,冷表面冻结液滴的脱除概率逐渐增大;冻结液滴粒径越大,冻结时间越长,表面特性对超声波脱除冻结液滴的效果越显著;与普通铝表面上冻结液滴脱除状况相比,表面接触角136°时,超声波可完全脱除其表面上冻结液滴. 试验结果为疏水表面应用于超声波抑/除霜提供了数据支撑.     

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.     

液滴在高温气流中蒸发混合特性计算分析

针对选择性非催化还原(SNCR)过程中还原剂溶液在炉内的蒸发扩散问题,运用Fluent计算软件模拟液滴在高温气流中蒸发扩散过程.研究涉及到主要参数包括气流流速、气流温度、液滴喷射速度、液滴喷射量以及液滴雾化粒径因素,分析它们对液滴蒸发和扩散规律的影响.以液滴蒸发时间、距离﹑有效区域体积、投影面积为衡量指标,得到液滴蒸发规律.研究表明,气流温度、气流流速和液滴喷射速度的增大都可以加速液滴蒸发,其中气流温度的影响最大,液滴喷射速度次之,气流流速最小.液滴喷射量和液滴雾化粒径的增大都可以使蒸发时间延长.除气流流速外,其他4种变量增大都会使研究区域内混合状况变好.     

疏水表面冷凝的毛细力微操作液滴动态分配

为实现毛细力操作液滴获取,提出基于疏水表面冷凝的毛细力微操作液滴分配方法,研究微对象转移进程中(拾取-释放)所需的操作液滴条件.针对操作液滴分配任务,建立液桥拉伸进程中的模型.基于VOF(volume of fluid)方法,建立平面-平面、平面-球面配置模式下的动态模型,分析操作液滴的动态获取过程.仿真结果表明:接触角和提升速度均对辅助液滴的获取率和断裂距离起到重要作用,液滴趋向于接触角小的端面,提升速度可促使液滴在两平面均分.液桥体积对辅助液滴获取率的影响较小,液桥断裂距离与液桥体积成正比变化.实验研究了平面-平面、平面-球面配置下的操作液滴动态分配进程,验证了所提出方法的可行性.     

可控硫酸溶液和表面活性剂作用下铜矿石的液体扩散行为及表面润湿性

为了揭示表面活性剂对提高铜矿表面润湿性的潜在作用,采用高速摄像和图像处理方法,对含表面活性剂硫酸溶液的液滴扩散行为进行了可视化研究,并对固液相互作用进行了探讨.结果表明,液体表面张力和矿石表面粗糙度是影响表面润湿性的主要因素.通过定量铺展面积、铺展系数和接触角,揭示了硫酸溶液浓度和表面活性剂对矿石表面润湿性的影响.液滴...     

用晶格波尔兹曼方法研究表面毛糙对表面疏水性的影响

将固体表面近似为具有简单的周期性矩形毛糙结构的表面,通过建立两相流的晶格玻尔兹曼模型研究液滴在固体表面接触角的变化,探讨微结构对固体材料表面疏水性能的影响,为仿生超疏水表面的制备提供思路.     

正庚烷液滴对流蒸发中的膨胀与环境压力影响

为深入了解液滴蒸发过程中热环境与压力耦合效应的影响,建立考虑液滴与环境气流物性瞬态变化的物理数学模型描述球形燃料液滴的对流蒸发过程.以正庚烷液滴在氮气流中的蒸发为例,数值模拟研究了液滴膨胀与环境压力的影响.结果表明:不考虑液滴膨胀所预测的液滴寿命明显偏长;而环境压力的影响与环境温度、气流相对速度相关;在一定的热环境参数下,压力效应发生逆转;对正庚烷液滴蒸发,在较大的气流相对速度范围内,提高压力可促进液滴蒸发的环境温度下限为680~800K.本研究为燃料液滴蒸发的预测分析奠定了理论基础.     

对流条件下环境压力对液滴蒸发的影响研究

通过建立单液滴蒸发的物理数学模型,采用数值方法研究了对流环境中压力对液滴蒸发的影响.模型中考虑了蒸发过程中液滴与周围气流物性随温度、压力的瞬态变化.在比较验证计算程序可靠性的基础上,以正庚烷燃料液滴在氮气中的蒸发为例,模拟计算了弱对流与强对流热条件下,环境压力不同时燃料液滴半径与温度的瞬态变化,分析了液滴蒸发的环境压力影响.研究结果表明,对初始温度较低的燃料液滴,压力对蒸发的影响与热环境密切相关,在不同的对流热环境中,压力的影响作用明显不同.     

甲醇/水混合溶液在蝴蝶翅表面的润湿行为

使用视频光学接触角测量仪和扫描电子显微镜研究了甲醇/水混合溶液在蝴蝶翅表面的润湿行为,根据Cassie方程分析了甲醇对蝴蝶翅表面的润湿机理。结果表明,蝴蝶翅表面具有较强的疏水性(蒸馏水接触角为134.0°～159.2°)和疏甲醇性(45%甲醇溶液接触角为91.3°～128.5°)。甲醇溶液在32种蝴蝶翅表面润湿和铺展的临界体积分数分别为50%和70%。在黄钩蛱蝶(Polygonia c-aureum)翅表面,当甲醇体积分数<45%时,液滴在纳米级结构上的体相力大于表面力,液体填满纳米级缝隙,而在微米级结构上体相力小于表面力,液滴由微米级结构支撑,翅表面不发生润湿;当45%≤甲醇体积分数<65%时,液滴在纳/微米级结构上的体相力均大于表面力,液滴塌陷;当甲醇体积分数≥65%时,翅表面发生润湿,由复合接触转为湿接触。     

单组分液滴在快速降压环境下传热传质过程研究

为了对降压环境下单个液滴的蒸发过程进行研究,基于气液界面的捕捉模型,建立适用于快速降压环境下单个液滴的蒸发模型,利用纯水液滴蒸发的实验数据验证该模型,分析静止纯水液滴在相变过程中的形态变化以及液滴内部速度场、蒸汽分布等随时间的变化,模拟分析不同压力环境、液滴直径、初始温度等条件对液滴中心温度及蒸发速率的影响.结果表明:...     

非均匀润湿性表面捕获液滴的数值模拟

应用VOF模型,对同等大小的液滴在等距间隔亲疏水倾斜表面的滑移运动,进行了大量的二维数值模拟工作,得出了液滴在非均匀润湿性表面上滑移运动,受接触角差值Δθ、Bo数、Ca数以及间隔宽度W相关变量的影响。具体表现为:液滴在较大的接触角差值Δθ的情况下,受到的阻力越大,液滴向下滑移速度较慢;当接触角Δθ足够大时,液滴的速度会降低至零从而停留在斜面上,此时液滴可被壁面捕捉收集;Bo数值越大,液滴滑移受到的阻力越小,下滑处于加速状态,越难以被捕获;Ca数越大,液滴下滑速度同样越快,会在短时间内通过壁面,亦较难捕获。而对于不同间隔宽度W,选取合理中间值W=2/3R(R为液滴半径)时,液滴更易被斜面捕获。     

基于"薄膜理论"的单个水滴在高温烟气中蒸发参数研究

针对干法除尘蒸发冷却器中高温转炉烟气条件下的单颗粒水滴蒸发过程进行了研究,在传统液滴蒸发模型的基础上,引入了"薄膜理论",建立了一个简化的蒸发模型,在模型中考虑了随温度变化的热物性参数、Stefan流、以及液滴瞬态加热等因素对水滴蒸发过程的影响,得到了瞬间蒸发速率、液滴表面温度、液滴直径随蒸发时间的变化规律,以及烟气温...     

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.     

网格尺寸对液滴蒸发的影响

为了有效地模拟实际工业应用中的液雾蒸发和燃烧,采用有限差分方法对无限热传导液滴蒸发模型进行了研究,并与相关的实验数据进行了对比和验证,发现采用定常的背景热质条件对网格的大小不敏感,但在实际计算过程中采用的当地瞬时热质条件所依赖的网格大小,对液滴蒸发具有重要影响.研究表明只有当网格的尺寸达到液滴直径的10倍左右时,采用当地瞬时的热质条件才可以得到满意的结果.此外,还发现关联数的校正格式及液滴在网格内的初始位置对液滴蒸发的影响不大.     

十字交叉型微通道内液滴形成的数值模拟研究

基于Fluent软件的流体体积分数（Fluid Volume Fraction,VOF）模型,针对十字交叉型微通道内液滴的形成过程开展了三维数值模拟研究,分别研究了连续相黏度、分散相黏度、两相界面张力系数、壁面接触角对液滴形成的影响,为实际应用提供参考。研究表明随着连续相流速的增加,液滴生成直径减少,生成频率增大;增加连续相黏度时,液滴生成直径变小,生成频率的变化则相反;当分散相黏度超过连续相黏度时,出现射流现象而不能生成液滴;液滴生成直径随两相界面张力系数的增加而增大,生成频率降低;增大壁面接触角有利于液滴的产生,且两相流速为0.01 m/s和0.02 m/s时,接触角应分别取到150°和120°才能正常生成液滴。     

储运油泥中非油相组分对表观黏度的影响分析

为了对组分复杂的油泥进行有效黏度表征,提出将油泥中常见杂质添加到沥青油中,分析流变特性的方法,研究各组分对油泥黏度的影响.选用油泥中典型杂质包括高岭土、油砂、氧化铁、氯化铁及表面疏水化处理的高岭土、油砂,通过坐滴法测量固体颗粒接触角.将固体与沥青油混合,分析流变曲线.高岭土和油砂改性后接触角从5°和35°上升至119°和94°,同时沥青油稠度指数分别从17.6和23.2升至43.2和29.1.杂质对沥青油黏度提升程度与颗粒亲油性正相关,按照稠度指数排序为:高岭土油砂原始沥青氧化铁水改性油砂改性高岭土氯化铁.杂质对沥青油非牛顿流体的剪切稀释性质有影响.     

基于超声压印技术的PET材料表面微结构制备及其疏水性

为考察利用超声压印技术在PET聚合物材料表面制备疏水性微结构的技术可行性,以超声波塑料焊接机为核心搭建了超声压印平台,采用飞秒激光技术在7076航空铝表面制备一系列不同尺寸的立方体微结构疏水性点阵,并以此作为压印模具在PET材料表面制备疏水性微结构,采用白光干涉仪和接触角测量仪对其表面形貌和疏水性进行表征。结果表明:压印后的PET材料表面液滴接触角可达129.5°,较初始PET材料表面液滴接触角74.9°有大幅提升,表明压印后PET材料表面的疏水特性显著提升,证实了利用超声压印技术制备PET材料疏水表面的可行性;模具的疏水性是影响PET材料疏水性的一个关键因素,随着微结构点阵间距的增加,即固液接触的面积分数增加,PET压印样件的疏水性降低;微结构点阵间距相同时,微结构边长越小,其疏水性越好。     

与墨水分配系统定位施加效果相关的棉织物润湿性能研究

为了寻找适用于墨水分配系统定位加工效果的棉织物最佳润湿范围,对棉织物进行表面改性处理,通过润湿时间、动态接触角对润湿性能进行评价,并探讨动态接触角对单位液滴扩散面积和定位涂布效果的影响。结果表明：平均前进接触角为82.3-90°的棉织物满足墨水分配系统的润湿性要求,可制备得到线条清晰的网格状镀铜层。