【摘 要】
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液滴撞击壁面现象在生活中随处可见,撞击可以强化液滴与壁面间的换热效果,在很多科学领域有着极高的研究价值。然而撞击后的蒸发包含着复杂的运动规律和传热传质机理,给进一步研究带来了困难。温敏漆作为一种新型的非接触式测温方法,具有响应快、标定简单及成本低等优点,是研究液滴撞击表面传热特性的有效手段。本文针对液滴撞击加热壁面蒸发过程的传热特性,制作并应用温敏漆测量液滴与壁面间的温度分布。进而探讨了工质物性、
【基金项目】
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国家自然科学基金（51406055）； 中央高校基本科研业务费项目（2020MS108,2020MS144）；
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液滴撞击壁面现象在生活中随处可见,撞击可以强化液滴与壁面间的换热效果,在很多科学领域有着极高的研究价值。然而撞击后的蒸发包含着复杂的运动规律和传热传质机理,给进一步研究带来了困难。温敏漆作为一种新型的非接触式测温方法,具有响应快、标定简单及成本低等优点,是研究液滴撞击表面传热特性的有效手段。本文针对液滴撞击加热壁面蒸发过程的传热特性,制作并应用温敏漆测量液滴与壁面间的温度分布。进而探讨了工质物性、初始表面温度和We数等因素对液滴蒸发过程传热特性的影响。本文首先进行了加热壁面上固着液滴蒸发实验,选择正戊烷、HFE7100和正己烷三种液滴,使用温敏漆记录了接触面温度分布的变化。结合建立的传热模型,计算接触面热流密度分布,并使用红外热像仪从上方捕捉热成像图,结果表明温敏漆与红外热像仪捕捉到的接触线轮廓一致。研究表明固着液滴蒸发过程包括三个阶段:液滴初始加热阶段,对流单元蒸发阶段和薄膜蒸发阶段。其中,对流单元蒸发阶段占据蒸发过程的大部分时间,温敏漆捕捉到的温度分布图中存在明显的温度梯度,红外热像仪可以观测到对流单元。其中正戊烷沸点最低,液滴内部的热流运动最为剧烈;HFE7100粘度最大,液滴内部热流运动最弱;HFE7100汽化潜热最小,蒸发过程中最大热流密度最小。进而将温敏漆应用于液滴撞击加热壁面蒸发过程传热特性研究。选择了正戊烷、HFE7100两种工质,液滴体积为10μL,初始表面温度分别为50℃和60℃,液滴撞击速度分别为0.8m/s和1.2m/s。通过测量撞击过程中接触面温度分布,计算热流密度分布。实验结果表明正戊烷液滴撞击壁面后,由于沸点低于初始表面温度,液滴内部发生核化,热流密度高于HFE7100;We数增大,液滴破碎,有效传热面积增加,总蒸发时长减少;初始壁温增大,液滴破碎更加剧烈。HFE7100液滴碰壁后发生飞溅,热流密度和有效传热面积发生振荡;We数增加,振荡持续时间增加;初始壁温增大,HFE7100总蒸发时间变短,液滴铺展尺寸越大,有效换热面积越大。
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