液滴碰撞球形凹曲面复合level set-VOF法的数值分析

采用复合水平集法和流体体积法建立液滴冲击球形凹曲面的数值模型,通过分析计算结果揭示了液滴撞壁流动及破碎机制。研究表明:液滴的撞壁特性与液滴碰撞速度密切相关;液滴凹曲面撞壁与平面撞壁相比,铺展系数较小,回弹射流出现时间超前,回弹射流速度较大。量纲1分析得出:液滴的最大铺展系数和相对最大铺展速度与Reynolds数近似幂递增,液滴的相对最大射流长度与Reynolds数近似对数递增,液滴的相对最大射流速度与Reynolds数近似幂递减。对比分析现有液滴撞壁最大铺展系数理论解析模型,提出了液滴凹曲面撞壁最大铺展系数解析模型的发展方向。     

中空液滴撞击液膜的数值研究

采用耦合水平集-体积分数法(CLSVOF)建立了中空液滴撞击液膜的数值模型,进行了模型的准确性验证,对中空液滴撞击液膜的动态特性及传热特性进行了研究。结果表明,中空液滴撞击液膜的动态过程包含液壳破碎、液壳液膜融合、液滴铺展等过程。中空液滴撞击液膜时会出现空气卷吸现象及颈部射流现象,颈部射流现象产生的原因是由于液滴颈部位置存在较大的局部压差。随着时间的推移,近壁面处流体的温度逐步上升,壁面的热流密度逐步降低,撞击过程对于传热特性所产生的影响趋于明显。分析了液壳厚度、液膜厚度及撞击速度对传热特性所产生的影响,壁面的平均热流密度随着液壳厚度及撞击速度的增大而增大,随着液膜厚度的增大而减小。     

基于LBM的液滴撞击液膜数值模拟

结合格子玻尔兹曼方法(LBM)与VOF法对液滴撞击液膜的过程进行数值模拟。对不同分子结构下液滴撞击液膜的铺展、水花的形成以及飞溅等现象进行了分析描述,定量地讨论了水花飞溅的高度以及液滴撞击后在液膜上的铺展直径,并在此基础上对不同形状液滴撞击液膜的动态特性和最大涡量进行分析。结果表明:液滴在空气中撞击液膜更容易产生水花并伴随二次小液滴的产生,且铺展直径最大;液滴在氦气中仅会有水花产生,说明液滴在氦气中水花的飞溅受到了抑制;液滴在氮气中溅起的水花比甲烷高,但其铺展面积相近。在不同形状的液滴下,AR值较大的液滴不会出现射流现象,扁椭圆液滴撞击液膜后产生的最大涡量值更大。     

喷雾冷却中液滴撞击带气泡液膜的数值模拟

在喷雾冷却过程的核态沸腾区,液滴与液膜及液膜内气泡的撞击对过程传热有重要影响。本文建立以水为冷却工质的单液滴撞击带气泡液膜的二维数值模型,模拟研究过程现象和传热规律。结果表明,We为6.94、量纲为1的液膜厚度为0.5（对应液滴速度0.5m/s、液膜厚度1mm）时,撞击过程中液膜扰动不显著、运动形态近似波纹;当We增大到111.11（对应液滴速度2m/s）时,撞击过程中液滴与液膜接合处的表压达到6000Pa,成为颈部射流现象的推动力,并逐步发展形成冠状水花;撞击过程中气泡的存在会阻碍液滴与加热表面的直接接触,但随着气泡的破裂,液滴与加热表面直接接触换热,使撞击点附近表面传热系数远大于其他区域,提高了传热能力,且液膜厚度越小、液滴速度越大,表面传热系数峰值越高。研究结果可为喷雾冷却系统的进一步研究提供理论依据。     

液滴碰撞亲-疏水性组合壁面的数值分析

采用VOF方法对液滴碰撞亲-疏水性组合壁面过程进行数值模拟。通过量纲1化,在Reynolds数不变的情况下,研究Weber数和亲水性区域直径对液滴碰撞动态特性的影响,绘制了液滴碰撞结果分区图。结果表明:随着Weber数从1增加至100,液滴呈现出附着、短液滴一次破碎和长液滴多次破碎3种状态;液滴破碎过程受到表面张力、壁面黏附力及Rayleigh不稳定性的影响,亲水性区域直径增加时,液滴破碎所对应的临界Weber数随之增大;此外,Weber数较大时,液滴最大铺展因子不受亲水性区域直径的影响,Weber数较小时,最大铺展因子随亲水性区域直径的增大而增大。     

液滴碰撞亲-疏水性组合壁面的数值分析

采用VOF方法对液滴碰撞亲-疏水性组合壁面过程进行数值模拟。通过量纲1化,在Reynolds数不变的情况下,研究Weber数和亲水性区域直径对液滴碰撞动态特性的影响,绘制了液滴碰撞结果分区图。结果表明：随着Weber数从1增加至100,液滴呈现出附着、短液滴一次破碎和长液滴多次破碎3种状态;液滴破碎过程受到表面张力、壁面黏附力及Rayleigh不稳定性的影响,亲水性区域直径增加时,液滴破碎所对应的临界Weber数随之增大;此外,Weber数较大时,液滴最大铺展因子不受亲水性区域直径的影响,Weber数较小时,最大铺展因子随亲水性区域直径的增大而增大。     

液滴碰撞倾斜热壁面数值模拟研究

为了研究液滴碰撞复杂热壁面过程中液滴的铺展特性和传热特性,文中基于FTM(Front-Tracking Method)方法对液滴碰撞倾斜固体热壁面过程进行了模拟研究,通过改变壁面倾斜角度、表面张力系数σ,从压力场、流场、惯性力、表面张力等角度对换热现象进行分析和研究。结果表明:液滴撞击倾斜壁面时,在液滴下滑方向一侧三相点处热流密度取得最大值;壁面倾斜角度越大,液滴铺展程度越低,传热减弱;σ影响液滴中后期的铺展特性,σ越大液滴最大铺展系数越小,且回缩越迅速;由于传热大部分发生在液滴碰撞壁面初期铺展阶段,所以σ对液滴与壁面间传热特性影响较小。     

复合支撑液膜

本文研究了一种新型复合支撑液膜,复合膜由超薄层层,经涂复的方法附载到憎水的微孔支撑体膜复合而成。     

流动液膜的数值模拟研究综述

液膜流动现象广泛存在于自然界中,作为一种高效传热传质技术,其在化工等领域有着广泛的应用。近几年来,国内外学者越来越热衷于运用数值模拟技术来研究液膜的流动特性及传热传质特性。本文归纳分析了数值模拟研究中液膜自由液面的追踪方法。总结了不同壁面结构、不同壁面倾角、液体物性、液相流量与气相流速4个方面对液膜的流动特性的影响规律,以及改变壁面倾角、入口雷诺数、入口添加扰动时表面波呈现的波动特性。此外,还论述了流动液膜的传热传质特性的研究现状。所得结论对流动液膜的数值模拟研究具有一定的参考价值,最后提出了用数值模拟方法研究液膜流动的缺陷与不足,展望了更加科学合理地研究流动液膜的方法。     

基于VOF熔融金属液滴碰撞基板热特性分析

在熔融沉积成型（FDM）工艺过程中,为保证金属熔滴之间能较好融合,本文以金属丝材为研究对象,通过加热使金属丝熔化形成熔滴。首先对熔滴变形过程进行了分析,采用两相流模型,结合建立好的熔滴沉积理论模型,通过数值计算分别模拟了单颗、两颗熔滴碰撞铺展、融合的过程。通过有限元分析得到可视化结果,分析了不同金属熔滴尺寸、温度和基板摩擦系数等参数对熔滴沉积的影响。分析计算结果表明熔滴铺展变形过程和温度场、速度场变化相吻合。     

圆盘反应器液膜表面更新数值模拟

以圆盘反应器的开发和放大为背景,通过理论分析将液膜更新频率与液膜变形相关联,运用VOF模型研究竖直旋转圆盘液膜更新频率空间分布特性;将量纲分析与数值模拟相结合考察影响普通圆盘液膜平均更新频率的相关因素;从表面更新的角度研究自由膜与附壁膜的差异,优化圆盘结构。结果表明:圆盘表面液膜加速区液膜更新频率最快,较其他区域高150%,较平均值高75%;获得了普通圆盘液膜平均更新频率表达式;圆盘开窗形成自由膜,更新频率比附壁膜高40%以上;相同面积圆形窗区域自由膜更新频率比扇形窗自由膜高34%,但是扇形窗自由膜对附壁膜强化作用更明显。     

液—液分散雾化形成液滴的模式

基于图像采集与处理方法实验研究了水喷入非相溶油中的液液分散雾化过程.结果表明,通过改变操作条件使水破碎形成3种水滴模式:滴流、层流射流和湍流射流,揭示了其演变规律及其形成机理,获得了分散液体破碎强度、射流长度脉动和液滴粒径分布参数随雷诺数Re、韦伯数We的变化规律.随Re和We增加,分散液体破碎强度持续增强,在Re=467,We=8.6时液滴形成模式由滴流向层流射流发展,在Re=3169,We=241时演变为湍流射流,且液滴的粒径均匀性和最小平均粒径均出现在湍流射流模式下;在滴流模式下,液滴的形成、长大与脱离喷嘴均由液滴受力的平衡机制控制;在层流射流模式下,射流柱破碎形成液滴主要由两相界面的表面波扰动引起,且射流长度的脉动具有随机和非周期的特点;在湍流射流模式下,射流柱表面出现拟序涡结构,其在射流起始段失稳,在射流扩散段大量形成较小粒径的液滴.     

液液体系界面上的液滴聚结特性

<正>众所周知,分散相液滴的大小影响液液萃取设备的处理能力和传质效率.Garg和Pratt对脉冲筛板柱的研究及Hamilton和Pratt对填料柱的研究均表明,液滴大小受液滴聚结和破碎速率控制.聚结速率对混合澄清槽的澄清室设计极为重要,并已成为许多科学工作者的研究课题.如Jeffreys等对连续澄清器性能的宏观研究及水平界面上单液滴聚结特性的研究等.单液滴研究有助于判别聚结时作用在液滴上的一些重要的作用力.一般说,聚结过程包括以下步骤:     

异形竖管降膜蒸发器管内液膜流动的数值研究

对异形竖管降膜蒸发器的液膜流动进行了数值分析,采用VOF法建立了管内二维气-液两相CFD模型;根据模拟结果讨论了壁面结构、液相物性等参数对液膜流动的影响,并给出了异形竖管降膜蒸发器浓缩一定黏度的物料,其流量的参考操作区间.     

水平蛋形管降膜蒸发器管外液膜铺展数值模拟

水平异形管与圆管相比,具有管外液膜成膜排数多、液膜流动稳定和传热性能好等优点.对柱状流下水平管降膜蒸发器管外液膜流动进行三维数值模拟,分析椭圆率、喷淋高度和横截面尺寸对蛋形管管外液膜铺展的影响.结果表明:蛋形管管外液膜铺展分为喷淋区、平稳区、叠加区与脱落区.液膜厚度随轴向位移Z增大而增大;当Z=0-6 mm时,液膜厚度...     

生物转盘表面液膜流动特性数值模拟

采用计算流体动力学(CFD)方法,运用流体体积(VOF)模型研究生物转盘表面液膜流动特性,分析了传统实心转盘和新型开窗转盘表面液膜的成膜特性、厚度和速率等,并考察了不同转盘厚度对成膜和液膜厚度的影响。结果表明:实心转盘的液膜自上而下平缓过渡,而开窗转盘中,开窗区域附近出现液膜位置的急剧变化,并在槽内液体下方发现很多不规则的气泡;转盘在上升区的液膜厚度随角度的增加快速减小,而下降区的液膜厚度基本不变,趋于稳定;转盘开窗形成的自由膜速率大,更新频率快;在研究范围内,不同厚度转盘形成的液膜随转盘厚度增加,开窗区域的自由膜厚度增加。     

双液滴碰撞行为及调控机制的研究进展

双液滴碰撞行为广泛存在于雨滴形成、燃油喷雾、喷雾冷却、喷墨印刷、农药喷洒等自然现象与工业应用过程中,其碰撞结果会受到液滴参数及气相环境等因素的综合影响,研究双液滴的碰撞行为规律及调控机制一直是该领域的热点。结合目前双液滴碰撞的实验进展和数值模型,将围绕着碰撞行为的主控因素与调控机制展开综述,具体介绍了碰撞参数、液滴理化性质、气相环境等因素对液滴碰撞行为的影响规律与调控结果,并展望了液滴碰撞理论及应用的发展趋势和方向。     

规整填料表面液膜流动特性的数值模拟

精馏过程气液两相流运动分布特征对分离效率具有重要影响。为研究规整填料表面液膜流体动力学特性建立了基于VOF方法的CFD分析模型,并基于文献试验结果进行了验证。对液膜随时间和空间的演化分布特征、速度场分布和液相流量影响进行了模拟分析。液膜在波纹顶部下沿聚集形成凸起状波峰,在波纹底部波峰消失,而到达下节波纹上沿时,波峰重新形成;瞬态液膜厚度随时间波动,且沿填料表面液膜平均厚度先减小后保持稳定;发现液相聚集及形成液滴坠落容易导致出现干板区。不同位置液膜速度分布存在明显差异,沿填料表面液膜平均速度先增后减或保持稳定;液膜绕过波纹顶部时会加速,在波纹底部和上沿处会减速。液相流量增大,液膜平均厚度和速度均有所增大。