二维单液滴内颗粒沉降特性的数值模拟研究

燃煤烟气中的含细微颗粒物浆滴经烟气夹带进入大气会对电厂周边环境造成较大的危害.高效脱除含细微颗粒物的湿烟气冷凝液滴是防控细微颗粒物污染的有效手段,而细微颗粒物在液滴内部的流动与沉降行为对液滴脱除滑动特性有重要影响.基于此,本文建立了微米尺度固体颗粒在二维单液滴内的自由沉降运动模型,数值模拟研究了颗粒粒径、液滴形貌参数、...     

一种新型液滴蒸发液相理论模型

喷雾过程中,液滴蒸发涉及液滴与周围环境的传热、传质以及动量交换,是影响喷雾效果的重要因素。本文针对单个液滴的蒸发过程,假设液滴内部温度符合三次多项式分布,建立了一种可反映液滴内部温度分布且计算简单高效的新型液滴蒸发液相模型。以Decane油滴蒸发为例,对比了集总参数液相模型、二次多项式温度分布液相模型与三次多项式温度液相模型对液滴蒸发率与温度分布的影响。结果表明,新的三次多项式模型能够较好地反映蒸发过程中涡流与导热对内部温度分布特性的影响,既可较好地预测液滴蒸发率,又能较准确地计算液滴蒸发初始阶段内部的温度分布。     

极坐标下Marangoni应力对静止液滴蒸发过程的影响

通过推导液滴在蒸发过程中,边界是否考虑Marangoni应力作用时,其内部流场分布的极坐标解析式,并结合相应的球冠液滴模型,来描述液滴内部的流线分布情况,以及液滴在受到Marangoni应力作用时,极坐标下ρcosα=常数处速度随液滴高度的分布规律。并分别使用实验与数值模拟结果与解析结果进行对比,从而说明解析式的正确性。同时从液滴的流线的分布得出:液滴在蒸发过程中,其内部的流动速率在三相界面处最大,在靠近基板的中心处最小。受Marangoni应力作用的影响,液滴内部在其对称面上产生了环流,其方向在液滴底部是从液滴中心流向三相界面的,同时也说明了Marangoni对流可以抑制"咖啡环"效应。     

竖直表面液滴运动的数值模拟

为研究具有不同润湿特性的表面上液滴运动的规律,本文依据液滴接触角与基底方位角的关系以及运动液滴的动态接触角模型,运用Fluent软件,实现了对竖直表面上静止和运动液滴的数值模拟,得到了液滴的形貌以及内部的速度分布。模拟所得竖直表面上静止液滴和运动液滴的接触角和形貌均与实验结果吻合较好。液滴内部速度分布表明,裸铝表面(亲水)上液滴的运动方式为滑动;114°疏水表面上的液滴内部出现不完整的环流,但仍然以滑动运动为主;而145°疏水表面上液滴以滚动方式向下运动,液滴运动较快。     

莱顿弗罗斯特水滴振荡模式的影响因素及机理探究

探讨了莱顿弗罗斯特效应下水滴振荡的二维边界条件,在此基础上可求解液滴的本征频率.将振荡归结为由表面波叠加形成的驻波,并引入参量共振描述振荡的物理机制.探究了一定温度下振荡模式的演化规律,给出了振荡模式随半径的分布及振荡频率随时间的变化.验证了热对流为液滴与表面间主要的传热方式,并对真实液滴的几何形状做了定性探讨.     

憎水表面光控液滴蒸发及冷凝液滴的演化特性

实验利用可视化方法研究了憎水表面上聚焦激光局部加热作用下液滴的蒸发特性及主液滴周围冷凝液滴的生成及演化特性。波长为1550 nm的红外激光作为局部热源控制液滴的相变。结果表明:冷凝液滴随着热蒸汽在过冷基底上的冷凝而不断生长,冷凝液滴之间的聚并现象使其尺寸快速增大。冷凝液滴的演化过程受到液滴蒸发强度和冷凝持续时间的综合影响。当激光加热偏离液滴中心位置时,冷凝液滴仍然较为均匀地分布在主液滴周围。     

Bond数变化对固壁液滴接触角的影响

本文利用微重力落塔实验研究了Bond数改变时,PTFE和铝板表面上正滴和倒滴接触角的动态变化。实验发现液滴接触角与Bond数的大小有关,当Bond数趋于0时,还与其放置状态有关。本文采用VOF方法对Bond数变化引起的液滴形状及内部流动变化进行二维数值模拟,结果显示液滴内部的流动控制着液滴的外形和接触角。     

固体表面液滴铺展与润湿接触线的移动分析

液滴在固体表面上的铺展行为与润湿特性对许多工业生产过程的研究具有重要意义.根据液滴在光滑表面上的受力情况,建立了液滴平壁铺展的动力学模型.应用润滑近似方法和二维Navier-Stokes方程,建立了液滴沿理想表面铺展的动量和连续性方程.根据建立的方程,应用数值解法求解并详细分析了液滴在铺展过程中膜厚、接触线铺展半径以及铺展速度随时间的变化关系.研究结果表明:液滴的铺展过程可分为扩展和收缩两个阶段,铺展过程伴随着表面能、动能以及各种势能的相互转化,液滴最终的铺展半径大小由固体基面固有的润湿特性所决定;液滴在铺展过程中出现的"坍塌效应"与弯曲液面处的Laplace压力差有关;铺展半径随时间变化的标定律近似满足"1/7"次方标度律.     

匀强电场作用下液滴撞击壁面的动态行为

基于Open FOAM开源软件平台,采用VOF方法耦合电场方程组,数值模拟匀强电场作用下液滴撞击壁面的动态行为,研究电场强度、壁面浸润性对液滴行为的影响,获得电场、流场相互耦合作用下液滴周围电荷密度、电势的分布,重点关注电场力、电荷密度和壁面润湿性对液滴拉伸、撕裂的影响。研究结果表明:电场对液滴运动影响显著,电场力促使液滴拉伸高度增加;随着电场强度增强,电荷集中在液滴尖端,导致液滴喷射现象发生。液滴撞击亲水壁面,底部形成泰勒锥,内部出现涡流,随着壁面浸润性的提高,液滴喷射时间提前,液滴底部不会在疏水壁面上黏接。     

对流速度对燃料液滴火焰形态及燃烧的影响

考虑气相非稳态及液滴内部环流,建立运动液滴非稳态蒸发燃烧模型.模型采用动网格方法精确追踪液滴表面位置,采用守恒方程组更新液滴表面边界条件.根据单步全局化学反应机理,仿真研究正庚烷燃料液滴在不同对流速度下的火焰形态及燃烧.结果表明:运动液滴内部环流使液滴内部低温区向环流中心移动.当液滴运动速度大于某临界值后,火焰形态由包覆火焰转变为尾迹火焰.包覆火焰的富燃区范围、高温区范围及燃烧速率明显较尾迹火焰大;包覆火焰的液滴表面温度及表面蒸发流率分布也明显不同于尾迹火焰.     

包含动边界的非定常流场动网格数值模拟

发展建立了用于多体分离等包含动边界的非定常流场数值模拟方法,建立了笛卡尔坐标系下边界以任意速度运动的控制体上的流动控制方程,结合几何守恒律确定网格速度,发展了基于结构网格的动网格方法,网格移动量采用加权插值方法得到.通过数值模拟二维翼型及三维机翼的强迫振荡非定常流场,表明该方法可以数值模拟包含动边界的非定常流场.     

振动斜板上下落液体薄膜的数值模拟

用Galerkin有限元法数值模拟了振动斜板上的下落液体薄膜流动,研究了流场中不同强迫频率和初始扰动频率的影响.结果表明由于它们之间的相互作用,流场中出现低频信号,其在流场中的非线性效应使得表面波发生合并,加速了表面波的发展.对较高的强迫频率,这种效应更明显,且可观察到孤立包的产生.     

Investigation of pressure characteristics of a perforated membrane in an oscillating liquid flow

Results of a parametric study of pressure characteristics of a perforated membrane in an oscillating liquid flow are reported. A diagram of an experimental facility for evaluation of the pressure produced by a perforated membrane in an oscillating flow is given.     

水蒸汽在水平三维微肋管内的凝结换热及阻力特性

本文以水蒸汽为工质对水平三维微肋管内凝结换热及阻力特性进行了实验研究．与光管和二维管相比，在相同条件下，实验中效果最好的T3管全长平均凝结换热系数分别提高了113％～410％和20％～65％，同时，与二维管相比流动阻力增加较小，最大值不超过6．3％．比较另两种管型（T1，T2管）也证明三维管以较小的流阻增加为代价换取了明显的强化效果．     

低温蓄冷器流动特性的理论分析和实验研究 第二部分:阻力特性

交变流动蓄冷器流动特性的研究是高频脉冲管制冷机进一步实用化的重要课题之一。文中建立了热线风速仪的低温标定实验台和低温交变流动蓄冷器流动阻力的动态测试实验台 ,并在冰盐温度下和液氮温区进行了实验研究 ,重点研究了液氮温区蓄冷器交变流动的阻力特性 ,给出了充气压力、运行频率、丝网目数、小孔开度对交变流动蓄冷器阻力特性的影响。     

水平内微肋管局部凝结换热性能实验与数值求解

以Ｒ１１为工质，蒸汽凝结压力为１４７－２６５ｋＰａ，质量流率４ｔｙ１５３ｋｇ／ｍ２ｓ，本文对二维内微肋管和三维内微肋管水平管内凝结分层流区局部换热系数进行了系统的实验。与光管比较，二维内微肋管和三维内微肋管局部凝结换热系数分别提高了１４７－７８３％和２６１－９９７％。本文首次从理论分析入手建立了二维内微肋管水平管内凝结分层流区局部换热系数分析模型并进行了数值求解。计算结果与本文实验相当吻合。     

低温蓄冷器流动特性的理论分析和实验研究 第三部分:压降因子和摩擦系数

交变流动蓄冷器的压降因子和阻力系数对实际的工程计算、数值模拟及制冷机的设计有重要的意义 ,然而对低温交变流动蓄冷器的阻力特性一直缺乏系统的实验结果。文中给出了低温交变流动蓄冷器的压降因子及液氮温区交变流动蓄冷器摩擦系数的拟合公式 ,并为常温下的实验对比 ,对低温蓄冷器的设计提供了参考     

Flow rate — pressure head characteristics of a hydrodiode

Results of a study of the flow rate — pressure head characteristics of a perforated membrane immersed in an oscillating liquid flow are reported; such characteristics need to be known when hydropneumodiodes are used as a pump. We show that the perforation pattern (or, more specifically, the number of perforated holes) affects just the rate of the liquid flow through membrane.     

Free surface flow between two horizontal concentric cylinders

Results are reported on a combined experimental and numerical investigation of a free surface flow at small Reynolds numbers. The flow is driven by the rotation of the inner of two horizontal concentric cylinders, with an inner to outer radius ratio of 0.43. The outer cylinder is stationary. The annular gap is partially filled, from 0.5 to 0.95 full, with a viscous liquid leaving a free surface. When the fraction of the annular volume filled by liquid is 0.5, a thin liquid film covers the rotating inner cylinder and reenters the liquid pool. For relatively low rotation speeds, the evolution of the film thickness is consistent with the theory for a plate being withdrawn from an infinite liquid pool. The overall liquid flow pattern at this condition consists of two counter-rotating cells: one is around the inner cylinder and the other with weaker circulation rate is in the bottom part of the annulus and nearly symmetric about the vertical axis. With increasing rotation rate, the free surface becomes more deformed, and the dynamics of the stagnation line and the cusp line dividing the cells are tracked as quantitative measures of the interface shape. In addition, the recirculating flow cells lose symmetry and the cusp deforms the free surface severely. A comparison of numerically computed flow which describes the interface by a phase-field method confirms the dynamics of the two cells and the interface deformation. For filling fraction 0.75, the liquid level is slightly above the inner cylinder and a significant decrease in size of the bottom cell with increasing rotation rate is found. For filling fractions approaching unity, the liquid flow consists of one single cell and the surface deformation remains small.     

场协同理论在交变流动缝隙式回热器中的数值验证

本文对缝隙式回热器在非稳态交交流动下的流动和换热问题做了二维的数值模拟,并重点对其在交交流动下的场协同问题做了计算与分析。数值计算表明,场协同原理作为指导强化对流换热的原则,同样可以指导交交流动下的换热强化。