多组分液滴碰壁动态特性实验研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhang504752895
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液滴碰壁是工业技术中常见的现象。明晰伴随传热过程的液滴碰壁动态特性及其影响因素对相关领域应用具有至关重要的意义。本文搭建了液滴碰壁及传热研究实验台,基于此实验台分别开展了去离子水、乙醇、正丁醇以及不同浓度的醇水混合物液滴碰壁动态特性实验研究,探究了添加剂浓度、壁面温度(Tw)以及碰壁速度(u)对液滴碰壁特性的影响,系统分析了液滴在不同沸腾区域的碰壁特性。本文主要工作与结论如下:其一,进行了去离子水、乙醇和正丁醇三种纯物质的碰壁特性实验研究。首先,分析了壁温Tw和碰壁速度u对碰壁动态特性的影响。结果表明,液滴碰壁动态特性可分为沉积、沉积沸腾、反弹、雾化反弹(破碎)和膜反弹(破碎)现象。其次,采用无量纲分析法建立了三种纯物质的动态特性分布图,并确定了其临界热流密度点温度(TCHF)和Leidenfrost点温度(TLFP)随韦伯数(We)的变化规律。最后,分析了各沸腾区域液滴的铺展因子β随时间的演化规律,研究了各影响因素对液滴最大铺展因子βmax的影响规律,建立了三种纯物质液滴最大铺展因子βmax-We-Tw云图。结果发现在各温度区域内醇类液滴铺展特性总是优于去离子水。其二,进行了乙醇溶液液滴碰壁特性实验研究。首先,系统分析了乙醇浓度、壁温Tw和碰壁速度u对乙醇溶液碰壁动态特性的影响,结果表明乙醇添加剂在各沸腾区域对液滴的铺展、雾化和破碎特性均有明显的增强。其次,建立了乙醇溶液液滴碰壁动态特性分布图,确定了混合液滴的TCHF和TLFP随We的变化规律,对比去离子水液滴发现乙醇对混合液滴的TCHF和TLFP均有明显提升。最后分析了乙醇溶液液滴铺展因子随时间的演化规律,建立了乙醇溶液最大铺展因子βmax-We-Tw云图。分析发现在相近We下乙醇溶液液滴的βmax总是高于去离子水,乙醇能有效提高混合液滴碰壁的铺展性能。其三,进行了正丁醇溶液液滴碰壁特性实验研究。首先,通过分析正丁醇溶液液滴碰壁动态特性建立了液滴碰壁动态特性分布图,相比于乙醇,正丁醇在过渡沸腾区域对混合液滴的雾化和破碎特性增强更为明显。其次,确定了正丁醇溶液液滴的TCHF和TLFP随We的变化规律,结果表明正丁醇对混合液滴的TCHF和TLFP均有提升,且相较于乙醇,正丁醇对液滴TLFP提升尤为明显。最后分析了混合液滴铺展因子β随时间的演化规律,研究了各因素对正丁醇溶液液滴βmax的影响规律,建立了正丁醇溶液最大铺展因子βmax-We-Tw云图。对比分析发现在相近We下,正丁醇溶液液滴的βmax总是高于乙醇溶液和去离子水。结果表明正丁醇添加剂能有效增强液滴碰壁时的雾化和破碎能力,提高液滴的铺展性能,改善液滴与壁面换热特性。
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