液滴撞击加热壁面流动与传热实验研究
液滴撞击加热壁面及其伴随的汽化过程，因具有较强的质热交换能力而被广泛应用于工业领域中。该过程包含一系列复杂的物理变化，相对撞击常温壁面具有一定的特殊性。本文对液滴撞击加热壁面的过程进行了实验研究，探讨了碰撞过程中液滴的流动与蒸发特性。 采用高速摄像仪观测了液滴撞击加热壁面的过程，分析了撞击后出现的现象。壁面初始温度较低时，增大液滴撞击We数，不仅可以增大液滴接触直径，而且会提前最大接触直径的出现。当We数较大时，水滴的无量纲接触直径随壁面温度的升高，在铺展过程中先增大后减小。此外，归纳了水滴无量纲高度振荡频率随We数变化的经验公式。壁面初始温度较高时，液滴以一定速度撞击加热壁面后出现了反弹现象。当液滴撞击速度较小时，同一时刻的无量纲接触直径随壁面初始温度的升高略有降低;当撞击速度较大时，壁面初始温度对无量纲接触直径不产生影响。液滴最大无量纲接触直径受撞击速度的影响，随速度的升高而线性增大。 在液滴蒸发过程中，表面张力系数会影响液滴蒸发时的流动特性:表面张力较大时，液滴无量纲高度、接触角在蒸发初期持续减小而无量纲接触直径几乎不变，到了蒸发后期，上述变量均出现了振荡现象。实验得到水滴的临界接触角为4-8°。表面张力较小时，液滴的接触角随蒸发的进行先减小随后保持不变、接触直径和高度则持续减小。液滴蒸发时长与壁面初始温度和液体物性有关，与液滴We数无关。在水中加入表面活化剂可提高液滴的蒸发速率。在计算液滴平均热流密度时，液滴显热不可忽略，通过计算，得到水滴的平均热流密度为1.4×104-1.1×105W/m2。 采用薄膜热电偶测量撞击点处壁面瞬态温度变化情况，发现在液滴撞击初期，液滴撞击速度越高，撞击点的温降越小;此后，液滴撞击速度对壁面温度的影响随时间的增加逐渐消失。壁面的温降与液滴物性有关，并随壁面初始温度的升高和液滴初始直径增大而增大。液体的表面张力通过改变液膜的形状、液滴与壁面间的接触面积对蒸发过程产生影响。表面张力系数和汽化潜热较小时，液滴体积的改变对蒸发时长的影响较小。在液滴流动形态相似的情况下，汽化潜热大的液滴对应的壁面温降越大。
液滴撞击;加热壁面;热流密度;蒸发特性;质热交换能力
大连理工大学
硕士
热能工程
沈胜强
2015
中文
TK124
79
2015-11-02（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）