搜索

文章查询

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

液滴碰撞液膜润湿壁面空气夹带数值分析

李大树 仇性启 郑志伟

液滴碰撞液膜润湿壁面空气夹带数值分析

李大树, 仇性启, 郑志伟
PDF
导出引用
导出核心图
  • 采用复合水平集-流体体积法并综合考虑传热及接触热阻的作用, 对液滴碰撞液膜润湿壁面空气夹带现象进行了数值分析. 揭示了夹带空气形成机理, 探索了夹带空气特性参数随碰撞速度和液膜厚度的变化规律, 获得了夹带空气作用下液滴碰撞润湿壁面的传热机理. 研究结果表明: 撞壁前气液两相压力差是引起气液相界面拓扑结构变化以及夹带空气形成的主要原因; 液滴碰撞速度与压缩空气层内压力以及相界面形变高度密切相关; 液滴接触液膜时, 碰撞轴上液滴底部和液膜表面速度相等, 大约是碰撞速度的1/2; 碰撞速度对夹带空气层底部到破碎点的无量纲弧长和最大无量纲夹带空气直径均存在较大的影响; 液滴和液膜的无量纲形变高度与斯托克斯数密切相关; 液膜初始厚度对液滴和液膜的无量纲形变高度和最大无量纲夹带空气直径影响较大; 撞壁初始阶段, 碰撞中心区域夹带空气对壁面热流密度分布存在较大的影响.
      通信作者: 仇性启, apvshi@upc.edu.cn
    • 基金项目: 国家重大科技专项(批准号: GZH201200602-01)和中央高校基本科研业务费专项资金 (批准号: 15CX06052A)资助的课题.
    [1]

    Moreira A L N, Moita A S, Panao M R 2010 Prog. Energ. Combust. 36 554

    [2]

    Guo J H, Dai S Q, Dai Q 2010 Acta Phys. Sin. 59 2601 (in Chinese) [郭加宏, 戴世强, 代钦 2010 物理学报 59 2601]

    [3]

    Liang G T, Guo Y L, Shen S Q 2013 Acta Phys. Sin. 62 184703 (in Chinese) [梁刚涛, 郭亚丽, 沈胜强 2013 物理学报 62 184703]

    [4]

    Lee S H, Hur N, Kang S 2011 J. Mech. Sci. Technol. 25 2567

    [5]

    Liang G T, Shen S Q, Yang Y 2012 J. Therm. Sci. Tech. 11 8 (in Chinese) [梁刚涛, 沈胜强, 杨勇 2012 热科学与技术 11 8]

    [6]

    Liang G T, Guo Y L, Shen S Q 2013 Acta Phys. Sin. 62 024705 (in Chinese) [梁刚涛, 郭亚丽, 沈胜强 2013 物理学报 62 024705]

    [7]

    Tran T, de Hlne M, Chao S, Lohse D 2013 J. Fluid Mech. 726 R31

    [8]

    Hendrix M H W 2013 M. S. Dissertation (Enschede: University of Twente)

    [9]

    Hicks P D, Purvis R 2011 Phys. Fluids 23 062104

    [10]

    Chen S, Guo L 2014 Chem. Eng. Sci. 109 1

    [11]

    Liang G, Guo Y, Shen S, Yang Y 2014 Theor. Comput. Fluid Dyn. 28 159

    [12]

    Thoroddsen S T, Etoh T G, Takehara K 2005 J. Fluid Mech. 545 203

    [13]

    Song Y C, Ning Z, Sun C H, Yan K, Fu J 2014 J. Mech. Eng. 50 153 (in Chinese) [宋云超, 宁智, 孙春华, 阎凯, 付娟 2014 机械工程学报 50 153]

    [14]

    Thoroddsen S T, Etoh T G, Takehara K 2003 J. Fluid Mech. 478 125

    [15]

    Li D S, Qiu X Q, Yu L, Xu J, Duan X L, Zheng Z W 2014 Ind. Heating 43 1 (in Chinese) [李大树, 仇性启, 于磊, 许京, 段小龙, 郑志伟 2014 工业加热 43 1]

    [16]

    Mehdi N V, Mostaghimi J, Chandra S 2002 Phys. Fluids 15 173

    [17]

    Brackbill J U, Kothe D B 1992 J. Comput. Phys. 100 335

    [18]

    Ubbink O, Issa R I 1999 J. Comput. Phys. 153 26

    [19]

    Lee J S, Weon B M, Je J H, Kamel F 2012 Phys. Rev. Lett. 109 204501

    [20]

    Liu Y, Tan P, Xu L 2013 J. Fluid Mech. 716 R9

  • [1]

    Moreira A L N, Moita A S, Panao M R 2010 Prog. Energ. Combust. 36 554

    [2]

    Guo J H, Dai S Q, Dai Q 2010 Acta Phys. Sin. 59 2601 (in Chinese) [郭加宏, 戴世强, 代钦 2010 物理学报 59 2601]

    [3]

    Liang G T, Guo Y L, Shen S Q 2013 Acta Phys. Sin. 62 184703 (in Chinese) [梁刚涛, 郭亚丽, 沈胜强 2013 物理学报 62 184703]

    [4]

    Lee S H, Hur N, Kang S 2011 J. Mech. Sci. Technol. 25 2567

    [5]

    Liang G T, Shen S Q, Yang Y 2012 J. Therm. Sci. Tech. 11 8 (in Chinese) [梁刚涛, 沈胜强, 杨勇 2012 热科学与技术 11 8]

    [6]

    Liang G T, Guo Y L, Shen S Q 2013 Acta Phys. Sin. 62 024705 (in Chinese) [梁刚涛, 郭亚丽, 沈胜强 2013 物理学报 62 024705]

    [7]

    Tran T, de Hlne M, Chao S, Lohse D 2013 J. Fluid Mech. 726 R31

    [8]

    Hendrix M H W 2013 M. S. Dissertation (Enschede: University of Twente)

    [9]

    Hicks P D, Purvis R 2011 Phys. Fluids 23 062104

    [10]

    Chen S, Guo L 2014 Chem. Eng. Sci. 109 1

    [11]

    Liang G, Guo Y, Shen S, Yang Y 2014 Theor. Comput. Fluid Dyn. 28 159

    [12]

    Thoroddsen S T, Etoh T G, Takehara K 2005 J. Fluid Mech. 545 203

    [13]

    Song Y C, Ning Z, Sun C H, Yan K, Fu J 2014 J. Mech. Eng. 50 153 (in Chinese) [宋云超, 宁智, 孙春华, 阎凯, 付娟 2014 机械工程学报 50 153]

    [14]

    Thoroddsen S T, Etoh T G, Takehara K 2003 J. Fluid Mech. 478 125

    [15]

    Li D S, Qiu X Q, Yu L, Xu J, Duan X L, Zheng Z W 2014 Ind. Heating 43 1 (in Chinese) [李大树, 仇性启, 于磊, 许京, 段小龙, 郑志伟 2014 工业加热 43 1]

    [16]

    Mehdi N V, Mostaghimi J, Chandra S 2002 Phys. Fluids 15 173

    [17]

    Brackbill J U, Kothe D B 1992 J. Comput. Phys. 100 335

    [18]

    Ubbink O, Issa R I 1999 J. Comput. Phys. 153 26

    [19]

    Lee J S, Weon B M, Je J H, Kamel F 2012 Phys. Rev. Lett. 109 204501

    [20]

    Liu Y, Tan P, Xu L 2013 J. Fluid Mech. 716 R9

  • [1] 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
    [2] 郑志伟, 李大树, 仇性启, 崔运静. 中空液滴碰撞水平壁面数值分析. 物理学报, 2017, 66(1): 014704. doi: 10.7498/aps.66.014704
    [3] 胡海豹, 何强, 余思潇, 张招柱, 宋东. 低温光滑壁面上水滴撞击结冰行为. 物理学报, 2016, 65(10): 104703. doi: 10.7498/aps.65.104703
    [4] 王小虎, 易仕和, 付佳, 陆小革, 何霖. 二维高超声速后台阶表面传热特性实验研究. 物理学报, 2015, 64(5): 054706. doi: 10.7498/aps.64.054706
    [5] 闫晨帅, 徐进良. 超临界压力CO2在水平圆管内流动传热数值分析. 物理学报, 2020, (): . doi: 10.7498/aps.69.20191513
    [6] 蒋国平, 肖波齐, 陈玲霞, 饶连周, 王宗篪, 魏茂金. 池沸腾传热的数学分析. 物理学报, 2009, 58(4): 2523-2527. doi: 10.7498/aps.58.2523
    [7] 李日, 王健, 周黎明, 潘红. 基于体积平均法模拟铸锭凝固过程的可靠性分析. 物理学报, 2014, 63(12): 128103. doi: 10.7498/aps.63.128103
    [8] 温家乐, 徐志成, 古宇, 郑冬琴, 钟伟荣. 异质结碳纳米管的热整流效率. 物理学报, 2015, 64(21): 216501. doi: 10.7498/aps.64.216501
    [9] 沈胜强, 张洁珊, 梁刚涛. 液滴撞击加热壁面传热实验研究. 物理学报, 2015, 64(13): 134704. doi: 10.7498/aps.64.134704
    [10] 裴传康, 魏炳乾, 左娟莉, 杨泓. 椭圆形变微小水滴撞击深水液池运动大型气泡夹带机理. 物理学报, 2019, 68(20): 204703. doi: 10.7498/aps.68.20190541
    [11] Y.M.Zhang, 孙俊生, 武传松. 双面电弧焊接的传热模型. 物理学报, 2002, 51(2): 286-290. doi: 10.7498/aps.51.286
    [12] 苏铁熊, 马理强, 刘谋斌, 常建忠. 基于光滑粒子动力学方法的液滴冲击固壁面问题数值模拟. 物理学报, 2013, 62(6): 064702. doi: 10.7498/aps.62.064702
    [13] 姚祎, 周哲玮, 胡国辉. 有结构壁面上液滴运动特征的耗散粒子动力学模拟. 物理学报, 2013, 62(13): 134701. doi: 10.7498/aps.62.134701
    [14] 刘邱祖, 寇子明, 韩振南, 高贵军. 基于格子Boltzmann方法的液滴沿固壁铺展动态过程模拟. 物理学报, 2013, 62(23): 234701. doi: 10.7498/aps.62.234701
    [15] 李大鸣, 王志超, 白玲, 王笑. 液滴撞击孔口附近壁面运动过程的模拟研究. 物理学报, 2013, 62(19): 194704. doi: 10.7498/aps.62.194704
    [16] 李春曦, 陈朋强, 叶学民. 含活性剂液滴在倾斜粗糙壁面上的铺展稳定性. 物理学报, 2015, 64(1): 014702. doi: 10.7498/aps.64.014702
    [17] 高亚军, 姜汉桥, 李俊键, 赵玉云, 胡锦川, 常元昊. 双液滴同时垂直撞击壁面的数值研究. 物理学报, 2017, 66(2): 024702. doi: 10.7498/aps.66.024702
    [18] 荣松, 沈世全, 王天友, 车志钊. 液滴撞击加热壁面雾化弹起模式及驻留时间. 物理学报, 2019, 68(15): 154701. doi: 10.7498/aps.68.20190097
    [19] 白玲, 李大鸣, 李彦卿, 王志超, 李杨杨. 基于范德瓦尔斯表面张力模式液滴撞击疏水壁面过程的研究. 物理学报, 2015, 64(11): 114701. doi: 10.7498/aps.64.114701
    [20] 沈学峰, 曹宇, 王军锋, 刘海龙. 剪切变稀液滴撞击不同浸润性壁面的数值模拟研究. 物理学报, , (): . doi: 10.7498/aps.69.20191682
  • 引用本文:
    Citation:
计量
  • 文章访问数:  454
  • PDF下载量:  220
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2015-03-27
  • 修回日期:  2015-06-09
  • 刊出日期:  2015-11-20

液滴碰撞液膜润湿壁面空气夹带数值分析

  • 1. 中国石油大学(华东)化学工程学院, 青岛 266555
  • 通信作者: 仇性启, apvshi@upc.edu.cn
    基金项目: 

    国家重大科技专项(批准号: GZH201200602-01)和中央高校基本科研业务费专项资金 (批准号: 15CX06052A)资助的课题.

摘要: 采用复合水平集-流体体积法并综合考虑传热及接触热阻的作用, 对液滴碰撞液膜润湿壁面空气夹带现象进行了数值分析. 揭示了夹带空气形成机理, 探索了夹带空气特性参数随碰撞速度和液膜厚度的变化规律, 获得了夹带空气作用下液滴碰撞润湿壁面的传热机理. 研究结果表明: 撞壁前气液两相压力差是引起气液相界面拓扑结构变化以及夹带空气形成的主要原因; 液滴碰撞速度与压缩空气层内压力以及相界面形变高度密切相关; 液滴接触液膜时, 碰撞轴上液滴底部和液膜表面速度相等, 大约是碰撞速度的1/2; 碰撞速度对夹带空气层底部到破碎点的无量纲弧长和最大无量纲夹带空气直径均存在较大的影响; 液滴和液膜的无量纲形变高度与斯托克斯数密切相关; 液膜初始厚度对液滴和液膜的无量纲形变高度和最大无量纲夹带空气直径影响较大; 撞壁初始阶段, 碰撞中心区域夹带空气对壁面热流密度分布存在较大的影响.

English Abstract

参考文献 (20)

目录

    /

    返回文章
    返回