液滴撞擊彎曲表面的動力學特徵及換熱機理

《液滴撞擊彎曲表面的動力學特徵及換熱機理》是依託大連理工大學,由沈勝強擔任醒目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：液滴撞擊彎曲表面的動力學特徵及換熱機理
• 依託單位：大連理工大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：沈勝強

項目摘要

液滴撞擊壁面所產生的自由界面、液滴形態、傳熱傳質現象是目前微細傳遞現象研究的前沿性課題，對推動人類認識複雜傳遞現象、發展相關高新技術有重要價值。本申請基於對液滴撞擊曲面後的界面形態、能質傳遞等相關巨觀現象的物理現象的觀察，探索研究對象的機械、物理、化學等性質所呈現的尺度效應、界面效應、形狀效應、各力勢場的非均勻性及耦合效應、固-液-氣相相互影響等所引起的液滴/液膜內的微細流動與傳遞現象，通過對液滴在曲面上的形態行為觀測，分析各力勢對液滴巨觀與微觀行為、熱質傳遞的影響，發展自由表面模型和液膜內的微細熱質傳遞模型，探討彎曲表面液滴衝擊和液膜流動動力性特徵和相變傳熱機理，揭示其現象的物理本質並對其做出科學描述，旨在揭示研究對象內部的非線性動力過程及其與液膜內部微細傳遞現象的相互作用，以期能為形成基礎科學理論體系做些必要的探索。

結題摘要

液滴與固體壁面的碰撞因其很強的質交換和熱交換能力而被廣泛套用在能源、化工等領域，水平管降膜蒸發器中的液滴滴落、鋪展流動及傳熱過程就是一種典型的套用，這已成為多效蒸發海水淡化裝置的主要技術。液滴與壁面接觸的尺度、速度、形式、形態、過程等，往往對相應的工程技術起著決定性的作用，成為工程技術發展的關鍵因素。本課題用實驗和數值模擬方法研究了液滴撞擊固體平面、斜面以及彎曲壁面的動力學過程，從微細現象入手對該過程中的特殊物理特徵進行深入研究，取得了如下主要進展： 1.探討了VOF、LBM、Level Set、CLSVOF方法對液滴撞擊壁面過程進行數值分析的可行性，分別採用上述數值方法對不同條件下的液滴撞擊過程進行了數值計算。結果表明，上述方法可有效表征液滴撞擊後的液體形態，並可對液滴內部的動力學過程給出細緻描述，計算結果與實測結果有很好的一致性。其中CLSVOF結合了Level Set和VOF的優點，計算結果可更有效地展現液滴撞擊的細微特徵。 2.建立了液滴撞擊觀測實驗台，包括液滴撞擊平面過程測量、液滴撞擊傾斜表面測量、液滴撞擊圓柱體表面測量、液滴撞擊圓球體表面測量、液滴撞擊上述表面覆有液膜時的測量等。解決了拍攝光源、清晰度、微細動態過程的測量問題，實現了對該過程的細緻觀測。 3.完成了液滴撞擊水平與傾斜平面、液滴撞擊乾燥曲面、液滴撞擊濕潤平面、液滴撞擊濕潤曲面的實驗觀測，測試了液體撞擊後的接觸角、變形、鋪展、水花形成、濺射、回彈、收縮等現象和特徵，以及液滴在曲面上連續滴落的流動與傳熱過程，對相關過程中的特徵參量和特殊現象進行了深入分析和規律性描述。 4.採用數值方法分析了液滴撞擊乾燥平面、乾燥曲面、濕潤平面、濕潤曲面的動力學過程，對液體的內部流動、能量轉換、溫度分布及各種場分布特徵進行了定量分析，對該過程中表現出的動力參數之間的規律性和作用機理進行了探討和闡釋。 5.根據實驗和計算展現的特殊現象、特徵參數和呈現的規律，建立了考慮界面效應和結構效應的液體變形、流動和內部傳遞規律與動力學參數之間的理論描述，提出了界面特徵與物理參數的本構關係，對影響液滴形態與傳遞規律的機理進行了總結歸納。