单液滴撞击平面液膜飞溅过程的CLSVOF模拟

采用CLSVOF(coupled level set and volume of fluid)方法对单液滴撞击平面液膜初期的飞溅过程进行了数值模拟,探讨了撞击速度和液膜厚度对撞击后形成冠状水花形态及扩展直径的影响.结果显示,扩展直径随撞击速度的增大而增大,随液膜厚度的增大而减小,CLSVOF方法可较好地用于液滴撞击过程的数值计算.     

单液滴撞击薄液膜产生二次雾化过程的数值模拟

应用数值模拟方法研究单液滴撞击薄液膜的动力学行为.在二维轴对称坐标系内,采用VOF方法与网格局部瞬时加密技术相结合,跟踪液滴和液膜与空气间的气液两相界面.结果表明,液滴撞击薄液膜的演化行为主要受液滴初始动能、表面张力以及液体黏性的影响.初始动能越大,则形成的空间液膜最大高度越大,达到稳定状态越晚,飞溅开始时刻越早,飞溅生成的二次液滴数量也越多;在扩展后期及回缩阶段,空间液膜的形成主要受液体黏度影响,增加液体黏度会阻碍空间液膜飞溅;表面张力增大,形成的空间液膜高度减小、厚度增加,同时阻碍二次液滴的生成.     

液滴撞击超疏水管状壁面的动态特性研究

利用相界面追踪的CLSVOF(coupled level set and volume of fluid)方法,对液滴在不同速度下撞击超疏水管状壁面的演化过程展开研究。研究结果表明,不同初速度会对液滴在管壁上的动态特性产生较大影响。当撞击速度较小时,液膜会以整体的形态反弹;继续增大撞击速度后,由于受到外缘液膜的牵扯,液膜内部开始出现断裂;撞击速度足够大时,液膜发生解体破碎。同时给出了对于初速度在2.00m/s以内、直径为2.58mm的水滴撞击管径为8.00mm的超疏水壁面时运动状态发生转变的临界条件。     

液滴撞击液膜动力学特性的FTM模拟

采用界面追踪法(front-tracking method)对液滴撞击液膜动力学特性进行数值模拟,通过撞击后的形态演变及内部物理场信息分析,研究了韦伯数和无量纲液膜厚度对界面运动过程的影响,并阐述了撞击过程中形成卷吸现象的机理。研究表明,液滴撞击之后,会在颈部区域产生小射流,该射流是后期水花形成的基础;水平方向上,在撞击影响不到的区域压力不变化,而在射流形成处的颈部附近存在局部压差;液滴撞击液膜时其间的气体层被压缩,在流体黏性和剪切力的作用下,压力高的气层中的气体逃逸速度减慢,从而形成卷吸现象。     

两相格子Boltzmann方法模拟大密度比下双液滴冲击液膜的流动过程

基于两相格子Boltzmann模型,对大密度比下有一定水平间距的双液滴冲击液膜的流动过程进行了仿真,模拟了不同液滴初始间距和不同雷诺数下液滴冲击液膜的动态过程,重点分析了不同液滴初始间距和雷诺数下产生不同冲击和溅射现象的原因,以及不同参数对冲击和溅射行为的影响.总结了中心位置水花溅射高度随时间的变化规律,并论述了冲击和溅射过程中的内在作用机理.结果表明:在一定范围内,初始间距和雷诺数越大,中心位置水花溅射高度上升越快;随着雷诺数的增大,冲击、碰撞的程度越剧烈,中心位置水花顶端有液滴飞出.     

液滴撞击高温壁面的运动特性

利用相界面追踪复合Level Set-VOF方法,综合考虑液滴蒸发传热及接触热阻作用,对单液滴撞击高温壁面运动及影响因素进行了研究.研究表明,由于液滴蒸发传热作用,液滴撞击高温壁面会发生Leidenfrost现象;撞击速度较小时,液滴撞壁后发生铺展反弹,随着撞击速度的增大,液滴撞壁后会发生破碎现象;壁面温度的升高利于液滴破碎发生;液滴初始直径的减小有利于液滴撞壁后的反弹,而液滴直径的增大有利于液滴撞壁后破碎.通过数值模拟,给出了一定条件下柴油液滴撞击高温壁面反弹及破碎的临界条件.     

外波纹管管外降膜流动过程液膜厚度及速度分布特性

针对外波纹管管外降膜流动过程,采用实验结合数值模拟的方法,考察了液体喷淋密度、管间距和管径变化对液膜厚度周向分布的影响,并与光滑管进行了比较,同时分析了外波纹管管外液膜速度分布特性。结果表明:光滑管外液膜厚度由上至下沿周向呈先减小、后增加的趋势,在90°～120°之间液膜最薄;外波纹管去除波纹间凹槽内的液体后,波纹外的液膜厚度数值及其周向分布规律与相同直径的光滑管相似,周向平均液膜厚度随着液体喷淋密度的增加、管间距及管径的减小而增大;液膜沿周向分布的均匀程度及流动速度大小均与液膜厚度有关,波纹外液膜沿周向分布的不均匀性随着液膜厚度的增加而增加,气液界面处的液体速度沿周向分布规律与液膜厚度分布规律相反;相邻两波峰间凹槽内的液体存在局部循环流动。     

非能动安全壳竖直平板降膜流动特性数值模拟

核电安全日益受到关注,非能动系统作为第三代核电系统具有很高的安全性。采用FLUENT流体体积分数(volume of fraction,VOF)模型和k-ε湍流模型对非能动安全壳冷却系统(passive containment cooling system,PCCS)三维平板降膜流动进行数值模拟。结果表明:1)在降膜过程中有波动现象,最终波动趋于平缓;2)水与空气逆流流动过程中发生轻微的液滴夹带;3)降膜流动受重力、表面张力与壁面黏滞力共同作用,液膜厚度沿横向分布均匀,沿高度方向平均液膜厚度越来越小,并且受进口水流速度与入口宽度影响,水流量一定时增加进口水流速度与入口宽度,平均液膜厚度增大,空气入口流速对水膜厚度影响相对较小。     

掺混燃油在离心喷嘴内的流动与雾化特性研究

燃料性质的改变会导致雾化特性的变化,针对乙醇掺混航空煤油在离心式压力雾化喷嘴内的流动与雾化特性开展了研究。通过耦合流体体积法(VOF)和离散相模型(DPM),研究了不同乙醇掺混体积分数下掺混燃油在离心式喷嘴中的内部流动和外部雾化过程。研究结果表明：在压差不变时,喷嘴内空气芯直径随着掺混燃油内乙醇体积分数的增加而增大;而液膜厚度则与空气芯直径成反比,随着乙醇体积分数的增加而减小。喷嘴出口的速度随着乙醇体积分数的增加而增大;在油膜表面的波动及气动力的共同作用下,油膜失稳形成液滴,获得了不同比例下掺混燃油在喷雾外流场内的喷雾粒径分布特征,随着掺混乙醇体积分数的增加,液滴的平均直径逐渐减小。     

连续液滴撞击热壁面传热特性的研究

为了研究不同碰撞速度以及不同换热方式对连续液滴撞击热壁面传热特性的影响,以8滴去离子水和铜板为试验材料,设置了速度分别为0.63 m/s、0.77 m/s、0.89 m/s、0.99 m/s的8滴去离子水液滴在膜态蒸发(铜板温度60℃)和核态沸腾(铜板温度110℃)两种换热方式下的液滴撞击热铜板试验,探究铜板热流密度值的变化。结果表明:膜态蒸发换热方式下,液滴撞击热壁面速度越大,铜板的最大热流密度值越大,液滴与壁面之间的换热效果越好。核态沸腾换热方式下,以0.89 m/s的速度值为转折点,当连续液滴撞击热壁面速度小于0.89 m/s时,液滴撞击速度越大,铜板热流密度值越大;当连续液滴撞击热壁面速度大于0.89 m/s时,随着液滴撞击速度的增大,铜板的热流密度值减小。