存在液膜的毛细蒸发过程研究

何峰; 王志军; 黄义辉; 叶鹏; 王锦程

doi:10.7498/aps.62.246401

摘要

采用水浴恒温蒸发方法研究了液膜存在时的毛细蒸发过程. 研究结果表明：毛细蒸发过程中液/气界面符合黏性指延，且不受蒸发速度及液膜状态的影响；蒸发过程可分为剧烈减速、匀速蒸发、线性减速蒸发和边界效应四个阶段，分别对应不同的液膜状态；毛细蒸发的主要区域在毛细管端口液膜处，工质由液体区流向端口蒸发区的过程中液膜起到了通道桥梁作用.

关键词:

The capillary evaporation process with stable liquid film along the cell wall is investigated by evaporating under constant temperature. The experimental results show that the liquid/vapor interface coincides with viscous finger, which is independent of the state of liquid film and evaporating rate. During the evaporation process, four stages are found: sharp falling rate stage, constant rate stage, linear falling rate stage and boundary effect stage, which are corresponding to different kinds of liquid film states. The evaporating takes place mainly at the tip of the liquid film region, and the stable liquid film transports the liquid from the liquid region to the capillary tube orifice.

Keywords:

作者及机构信息

1.
西北工业大学, 凝固技术国家重点实验室, 西安 710072

基金项目: 国家自然科学基金（批准号：51101125）和国家大学生创新创业训练计划（批准号：201210699054）资助的课题.

Authors and contacts

1.
State Key Laboratory of Solidification Processing, Northwestern Polytechnical University, Xi’an 710072, China

Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 51101125) and the National Innovation Entrepreneurial Training Program for Undergraduate Students of China (Grant No. 201210699054).

参考文献

[1]	Keey R B 1980 Chem. Eng. J. 19 83
[2]	Leng J, Lonetti B, Tabeling P 2006 Phys. Rev. Lett. 96 084503
[3]	Lataoui Z, Romestant C, Bertin Y, Jemni A, Petit D 2010 Exp. Therm. Fluid Sci. 34 562
[4]	Stephan P C, Busse C A 1992 Int. J. Heat Mass Trans. 35 383
[5]	Washburn E W 1921 Phys. Rev. 17 273
[6]	Juncker D, Schmid H, Drechsler U, Wolf H, Wolf M, Michel B, de Rooij N, Delamarche E 2002 Anal. Chem. 74 6139
[7]	Yiotis A G, Tsimpanogiannis I N, Stubos A K, Yortsos Y C 2006 J. Colloid Interface Sci. 297 738
[8]	Yiotis A G, Tsimpanogiannis I N, Stubos A K, Yortsos Y C 2007 Water Resour. Res. 43 W06403
[9]	Swanson L W, Herdt G C 1992 J. Heat Trans. 114 435
[10]	Qu W, Ma Z T, Miao J Y, Wang J L 2002 Int. J. Heat Mass Trans. 45 1879
[11]	Qu W, Ma Z T 2001 J. Eng. Thermophys. 22 68 (in Chinese) [曲伟, 马泽同 2001 工程热物理学报 22 68]
[12]	Zhao N, Du X Z, Yang L J, Yang Y P 2008 J. Chem. Ind. Eng. 59 1930 (in Chinese) [赵娜, 杜小泽, 杨立军, 杨勇平 2008 化工学报 59 1930]
[13]	Wang H, Garimella S V, Murthy J Y 2007 Int. J. Heat Mass Trans. 50 3933
[14]	Huang X M, Kaya T 2010 J. Astronaut. 31 1487 (in Chinese) [黄晓明, Kaya T 2010 宇航学报 31 1487]
[15]	Chauvet F, Duru P, Geoffroy S, Prat M 2009 Phys. Rev. Lett. 103 124502
[16]	Coussot P 2000 Eur. Phys. J. B 15 557
[17]	Xu S H, Wang L W, Sun Z W, Wang C X 2012 Acta Phys. Sin. 61 166801 (in Chinese) [徐升华, 王林伟, 孙祉伟, 王彩霞 2012 物理学报 61 166801]
[18]	Xu S H, Zhou H W, Wang C X, Wang L W, Sun Z W 2013 Acta Phys. Sin. 62 134702 (in Chinese) [徐升华, 周宏伟, 王彩霞, 王林伟, 孙祉伟 2013 物理学报 62 134702]
[19]	Li Y Q, Liu L, Zhang C H, Duan L, Kang Q 2013 Acta Phys. Sin. 62 024701 (in Chinese) [李永强, 刘玲, 张晨辉, 段俐, 康琦 2013 物理学报 62 024701]
[20]	Li Y Q, Zhang C H, Liu L, Duan L, Kang Q 2013 Acta Phys. Sin. 62 044701(in Chinese) [李永强, 张晨辉, 刘玲, 段俐, 康琦 2013 物理学报 62 044701]
[21]	Buffone C, Sefiane K, Christy J R 2005 Phys. Fluids 17 052104
[22]	Lin X Y, Li Y D, Sun T X, Pan Q L 2010 Chin. Phys. B 19 070205
[23]	Li Y D, Lin X Y, Tan Z Y, Sun T X, Liu Z G 2011 Chin. Phys. B 20 040702
[24]	Zhang X J, Dong Y K, Liu Y H, Schaefer J A 2009 Chin. Phys. B 18 023107
[25]	Saffman P G, Taylor G 1958 Proc. R. Soc. London 245 1242
[26]	Park K, Lee K S 2003 Int. J. Heat Mass Trans. 46 4587

施引文献

[1]	Keey R B 1980 Chem. Eng. J. 19 83
[2]	Leng J, Lonetti B, Tabeling P 2006 Phys. Rev. Lett. 96 084503
[3]	Lataoui Z, Romestant C, Bertin Y, Jemni A, Petit D 2010 Exp. Therm. Fluid Sci. 34 562
[4]	Stephan P C, Busse C A 1992 Int. J. Heat Mass Trans. 35 383
[5]	Washburn E W 1921 Phys. Rev. 17 273
[6]	Juncker D, Schmid H, Drechsler U, Wolf H, Wolf M, Michel B, de Rooij N, Delamarche E 2002 Anal. Chem. 74 6139
[7]	Yiotis A G, Tsimpanogiannis I N, Stubos A K, Yortsos Y C 2006 J. Colloid Interface Sci. 297 738
[8]	Yiotis A G, Tsimpanogiannis I N, Stubos A K, Yortsos Y C 2007 Water Resour. Res. 43 W06403
[9]	Swanson L W, Herdt G C 1992 J. Heat Trans. 114 435
[10]	Qu W, Ma Z T, Miao J Y, Wang J L 2002 Int. J. Heat Mass Trans. 45 1879
[11]	Qu W, Ma Z T 2001 J. Eng. Thermophys. 22 68 (in Chinese) [曲伟, 马泽同 2001 工程热物理学报 22 68]
[12]	Zhao N, Du X Z, Yang L J, Yang Y P 2008 J. Chem. Ind. Eng. 59 1930 (in Chinese) [赵娜, 杜小泽, 杨立军, 杨勇平 2008 化工学报 59 1930]
[13]	Wang H, Garimella S V, Murthy J Y 2007 Int. J. Heat Mass Trans. 50 3933
[14]	Huang X M, Kaya T 2010 J. Astronaut. 31 1487 (in Chinese) [黄晓明, Kaya T 2010 宇航学报 31 1487]
[15]	Chauvet F, Duru P, Geoffroy S, Prat M 2009 Phys. Rev. Lett. 103 124502
[16]	Coussot P 2000 Eur. Phys. J. B 15 557
[17]	Xu S H, Wang L W, Sun Z W, Wang C X 2012 Acta Phys. Sin. 61 166801 (in Chinese) [徐升华, 王林伟, 孙祉伟, 王彩霞 2012 物理学报 61 166801]
[18]	Xu S H, Zhou H W, Wang C X, Wang L W, Sun Z W 2013 Acta Phys. Sin. 62 134702 (in Chinese) [徐升华, 周宏伟, 王彩霞, 王林伟, 孙祉伟 2013 物理学报 62 134702]
[19]	Li Y Q, Liu L, Zhang C H, Duan L, Kang Q 2013 Acta Phys. Sin. 62 024701 (in Chinese) [李永强, 刘玲, 张晨辉, 段俐, 康琦 2013 物理学报 62 024701]
[20]	Li Y Q, Zhang C H, Liu L, Duan L, Kang Q 2013 Acta Phys. Sin. 62 044701(in Chinese) [李永强, 张晨辉, 刘玲, 段俐, 康琦 2013 物理学报 62 044701]
[21]	Buffone C, Sefiane K, Christy J R 2005 Phys. Fluids 17 052104
[22]	Lin X Y, Li Y D, Sun T X, Pan Q L 2010 Chin. Phys. B 19 070205
[23]	Li Y D, Lin X Y, Tan Z Y, Sun T X, Liu Z G 2011 Chin. Phys. B 20 040702
[24]	Zhang X J, Dong Y K, Liu Y H, Schaefer J A 2009 Chin. Phys. B 18 023107
[25]	Saffman P G, Taylor G 1958 Proc. R. Soc. London 245 1242
[26]	Park K, Lee K S 2003 Int. J. Heat Mass Trans. 46 4587

[1]	贺华丹, 钟琦超, 解文军. 声悬浮条件下双水相液滴的蒸发与相分离. 物理学报, 2024, 73(3): 034304. doi: 10.7498/aps.73.20230963
[2]	李春曦, 程冉, 叶学民. 接触角迟滞和气-液界面张力温度敏感性对液滴蒸发动态特性的影响. 物理学报, 2021, 70(20): 204701. doi: 10.7498/aps.70.20210294
[3]	张旋, 张天赐, 葛际江, 蒋平, 张贵才. 表面活性剂对气-液界面纳米颗粒吸附规律的影响. 物理学报, 2020, 69(2): 026801. doi: 10.7498/aps.69.20190756
[4]	彭旭, 李斌, 王顺尧, 饶国宁, 陈网桦. 激波冲击作用下液膜破碎的气液两相流. 物理学报, 2020, 69(24): 244702. doi: 10.7498/aps.69.20201051
[5]	杨亚晶, 梅晨曦, 章旭东, 魏衍举, 刘圣华. 液滴撞击液膜的穿越模式及运动特性. 物理学报, 2019, 68(15): 156101. doi: 10.7498/aps.68.20190604
[6]	叶学民, 张湘珊, 李明兰, 李春曦. 液滴在不同润湿性表面上蒸发时的动力学特性. 物理学报, 2018, 67(11): 114702. doi: 10.7498/aps.67.20180159
[7]	黄虎, 洪宁, 梁宏, 施保昌, 柴振华. 液滴撞击液膜过程的格子Boltzmann方法模拟. 物理学报, 2016, 65(8): 084702. doi: 10.7498/aps.65.084702
[8]	王松岭, 刘梅, 王思思, 吴正人. 随时间变化的非平整壁面对液膜表面波演化特性的影响. 物理学报, 2015, 64(1): 014701. doi: 10.7498/aps.64.014701
[9]	郭亚丽, 魏兰, 沈胜强, 陈桂影. 双液滴撞击平面液膜的流动与传热特性. 物理学报, 2014, 63(9): 094702. doi: 10.7498/aps.63.094702
[10]	张文彬, 廖龙光, 于同旭, 纪爱玲. 溶液液滴蒸发变干的环状沉积. 物理学报, 2013, 62(19): 196102. doi: 10.7498/aps.62.196102
[11]	李春曦, 裴建军, 叶学民. 倾斜粗糙壁面上含不溶性活性剂溶液的动力学特性. 物理学报, 2013, 62(21): 214704. doi: 10.7498/aps.62.214704
[12]	梁刚涛, 郭亚丽, 沈胜强. 液滴撞击液膜的射流与水花形成机理分析. 物理学报, 2013, 62(2): 024705. doi: 10.7498/aps.62.024705
[13]	何博, 何浩波, 丰松江, 聂万胜. 液体火箭有机凝胶喷雾液滴蒸发模型及仿真研究. 物理学报, 2012, 61(14): 148201. doi: 10.7498/aps.61.148201
[14]	马理强, 刘谋斌, 常建忠, 苏铁熊, 刘汉涛. 液滴冲击液膜问题的光滑粒子动力学模拟. 物理学报, 2012, 61(24): 244701. doi: 10.7498/aps.61.244701
[15]	杜人君, 解文军. 声悬浮条件下环己烷液滴的蒸发凝固. 物理学报, 2011, 60(11): 114302. doi: 10.7498/aps.60.114302
[16]	郭加宏, 戴世强, 代钦. 液滴冲击液膜过程实验研究. 物理学报, 2010, 59(4): 2601-2609. doi: 10.7498/aps.59.2601
[17]	王晓冬, 董鹏, 陈胜利, 仪桂云. 亚微米聚苯乙烯微球在气-液界面组装的机理研究. 物理学报, 2007, 56(3): 1831-1836. doi: 10.7498/aps.56.1831
[18]	王晓冬, 董鹏, 陈胜利, 仪桂云. 亚微米聚苯乙烯微球在气-液界面组装的机理研究. 物理学报, 2007, 56(5): 3017-3021. doi: 10.7498/aps.56.3017
[19]	薄勇, 王德武, 应纯同. 考虑液面凹陷时金属熔化与蒸发的数值研究. 物理学报, 2004, 53(6): 1887-1894. doi: 10.7498/aps.53.1887
[20]	李清山, 李鹏, 马玉蓉, 潘必才, 夏上达, 方容川. (单晶硅/电解液)界面对多孔硅形成初期阶段的影响. 物理学报, 1996, 45(2): 244-248. doi: 10.7498/aps.45.244

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